Устройство для фазовой синхронизации электромагнитных полей элементов многолучевого лазера

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФАЗОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ МНОГОЛУЧЕВОГО ЛАЗЕРА, оптические оси которых параллельны и образуют в сечении периодическую структуру, содержащее установленное на пути излучения перпендикулярно оптическим осям элементов плоское зеркало, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, увеличения КПД и осуществления перестройки длины волны излучения, плоское зеркало расположено на расстоянии

от элементов многолучевого лазера,
где l - длина волны излучения;
- базисные векторы периодической структуры;
- угол между базисными векторами;
N - целое число.

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к системам для фазовой синхронизации электромагнитных полей элементов многолучевых лазеров, и может быть использовано в многолучевых лазерах, применяемых для оптической связи, лазерной спектроскопии, обработки материалов и т. д.
Цель изобретения - повышение надежности, увеличение КПД и осуществление перестройки длины волны излучения.
На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого устройства.
Устройство представляет собой установленное на пути излучения перпендикулярно оптическим осям элементов плоское зеркало 1, расположенное на расстоянии L = ² N от элементов многолучевого лазера 2, где - длина волны излучения, d - расстояние между оптическими осями соседних элементов (период решетки, образованной этими осями) N = 1, 2, 3..., ² - множитель, зависящий от взаимного расположения оптических элементов многолучевого лазера.
Принцип работы предлагаемого устройства основан на известном явлении самовоспроизведения электромагнитных полей, т.е. получении эквидистантных изображений амплитудных периодических решеток, освещаемых плоской монохроматической волной без помощи оптических элементов. Явление объясняется следующим образом. Поле за решеткой есть сумма синфазных плоских волн. Если решетка имеет определенную геометрическую конфигурацию, то ориентация этих волн на ней такова, что набег фаз в некоторых плоскостях, параллельных плоскости решетки (плоскостях самовоспроизведения), становится кратным 2 для всех волн. Благодаря этому поле в указанных плоскостях повторяет поле на решетке. Расстояние самовоспроизведения L_с между плоскостью периодической решетки и плоскостью самовоспроизведения зависят от геометрической конфигурации и периода решетки. Расстояние самовоспроизведения L_с для двумерной периодической решетки, освещаемой плоской монохроматической волной, есть
L_c = 2 N при условии h₁= h₂2h₁h₂cos = h₂ где , - базисные векторы решетки, ₁- угол между ними, - длина волны излучения, N = 1,2,3..., h₁, h₂, h₃ - любые целые числа.
Устройство работает следующим образом.
При независимом режиме работы многолучевого лазера 2 фазы и частоты излучений отдельных элементов не совпадают, т.е. отсутствуют необходимые условия для проявления вышеупомянутого эффекта самовоспроизведения периодического поля, излучаемого элементами. Поэтому отраженное от зеркала 1 излучение будет практически равномерно распределено по выходной апертуре многолучевого лазера 2. Таким образом, доля отраженного излучения, попадающего в элементы многолучевого лазера, без учета коэффициента отражения зеркала 1, будет примерно равна отношению суммарной площади выходной апертуры, занятой излучением, к площади всей апертуры. В случае, когда частоты и фазы излучений на выходе каждого элемента совпадают (когерентный режим), т. е. выходное излучение представляет собой монохроматическую синфазную периодическую волну, на определенном расстоянии L_c = 2 ² Nот периодической структуры, образованной элементами многолучевого лазера 2, изображение выходной апертуры полностью восстанавливается. Если плоское зеркало 1 расположено на половине расстояния воспроизведения L = L_c , то общая длина прохода излучения до зеркала 1 и обратно до выходной апертуры будет составлять 2 L = L_c, и пространственное распределение излучения, вернувшегося на выходную апертуру многолучевого лазера 2, будет полностью совпадать с распределением выходного излучения. Поэтому в случае синхронизированной работы элементов многолучевого лазера потери отраженного от зеркала 1 излучения будут значительно меньше по сравнению с независимым режимом. Следовательно, генерация излучения в многолучевом лазере 2 с использованием зеркала 1, расположенного на расстоянии L = L_c от элементов многолучевого лазера, будет устойчиво происходить в синхронизированном режиме, причем из-за уменьшения потерь отраженного от зеркала 1 излучения в промежутках между элементами возрастает КПД многолучевого лазера в синхронизированном режиме. Кроме того, поскольку расстояние восстановления изображения выходной апертуры L_c = 2 ² N зависит от длины волны излучения , то использование предлагаемого устройства позволяет перестраивать длину волны излучения многолучевого лазера в пределах полосы усиления активной среды путем изменения расстояния L. Из формулы L = ² N следует, что для осуществления относительной перестройки длины волны излучения необходимо относительное изменение расстояния от зеркала 1 до элементов многолучевого лазера = .
Технико-экономический эффект от использования предлагаемого устройства для фазовой синхронизации электромагнитных полей элементов многолучевого лазера заключается в повышении надежности работы и увеличении КПД (на десятки процентов) многолучевого лазера в синхронизированном режиме, а также в возможности перестройки длины волны излучения многолучевого лазера в пределах полосы усиления активной среды.
Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к системам для фазовой синхронизации электромагнитных полей элементов многолучевых лазеров, и может быть использовано в многолучевых лазерах, применяемых для оптической связи, лазерной спектроскопии, обработки материалов и т.д. Цель изобретения - повышение надежности, увеличение КПД и осуществление перестройки длины волны излучения. Устройство для фазовой синхронизации излучения активных элементов, образующих периодическую структуру, содержит плоское зеркало, установленное перпендикулярно оси активных элементов и расположенное на расстоянии от активных элементов, определяемом из выражения, приведенного в формуле изобретения. 1 ил.