Лазер с перестраевымым спектром генерации

Сеюз Севетсиии Сецюааистичееини РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯМ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(1) М. Мл. Н 01 Н 3/00 Государственный иомитет СССР ио делам изобретений и открытий(088,8) рИЗОбрЕтЕНИЯ Р,И.Солоухин, Ю.А.Якоби и Е, И,Вязович Институт теоретической и прикладной механики Сибирского отделения АН СССР(54) ЛАЗЕР С ПЕРЕСТРАИВАЕМ 1. СПЕКТРОМ ГЕНЕРАЦИИ Изобретение относится к областиквантовой электроники и может бытьиспользовано в спектроскопии, Фотохимии, голограФии, метеорологии,Известны перестраиваемые лазеры,состоящие иэ источника накачки,активной среды, в которой возбуждается инверсия на различных спектральных переходах, и резонатора, содержащего зеркала и дисперсионный ЮэлементНаиболее распространеноиспользование для этой цели диФракционной решетки, которая может вращаться вокруг оси, перпендикулярнойк оси лазера. При этом последовательно создаются условия для генерацииразличных длин волн.Однако в этих устройствах наблюдается ограничение мгновенного спектра генерации лишь одной длиной вол- ИОны, единственность монотонной подлйнам волн последовательности включения генерации, большая критичностьк стабилизации оси вращения решетки,Известны также перестраиваемые 25лазеры, состоящие из источника накачки, активной среды, в которой можетвозбуждаться инверсия на различныхспектральных переходах, маски, резонатора, содержащего зеркало, делитель-З) ную пластинку и две диФракционныерешетки, Решетки используются дляодновременной генерации двух спектральных линий, а их последовательноевключение осуществляется путем перемещения вдоль направления дйсперсиимаски, выполненной в виде диска спрорезью, насаженного на вал мотора.При установке большого количестварешеток, очевидно, возможно выделение и большего числа длин волн.Однако количество решеток ограниченокак их собственными размерами, таки размерами юстировочных узлов, Этиустройства устраняют указанные вышенедостатки применительно только кограниченному набору длин волн,определяемому положением решеток, причемдостигается это путем существенногоусложнения конструкции и юстировкилазера. Переход к другому набору длинволн связан с необходимостью перемещения решеток или других элементоврезонатора и требует либо дополнительной юстировки, либо высокой степенистабилизации положения осей вращения относительно других элементоврезонатора, что на больших скоростях является сложной техническойз адачей .Цель изобретения - формирование и перестройка произвольного спектра генерации в пределах спектра усиления без изменения положения элементов резонатора и без увеличения их числа пропорционально числу выделяемых длин волн.Для этого в известном лазере с перестраиваемым спектром генерации, содержащем источник накачки, активную среду, в которой возбуждается инверсия иа различных спектральных 10 переходах, маску с прорезями и резонатор, включающий одну дифракционную решетку, между решеткой и одним из автоколлимационных (т.е.установленных перпендикулярно оси лазера) зер кал резонатора установлен изображающий оптический элемент (например, зеркало или линза) так, что фокусное расстояние элемента равно его расстоянию от зеркала. Введение это го элемента резко улучшает разделение монохроматических пучков вблизи поверхности автоколлимационного зеркала, расположенного так, что центр его кривизны совмещен с изображением 25 точки пересечения поверхности решетки и оси лазера, которое создается изображающим оптическим элементом. Благодаря этому выполняется условие нормального(по радиусам зеркала) 3 О падения всех монохроматических пучков, идущих от решетки, на автоколлимационное зеркало. Поэтому они отражаются назад по первоначальному направлению и,таким образом, создают35 ся условия для их генерации, что в сочетании с.хорошим пространственным спектральным разрешением монохрома" тических мод, перетяжки которых расположены вблизи автоколлимационного зеркала, позволяет выделять произвольО ные спектральные диапазоны генерации в пределах спектра усиления путем пространственной фильтрации. Для этого перед автоколлимационным зеркалом ,установлена маска, прорези на которой 45 снабжены неселективными оптическими аттенюаторами и расположены произвольно на площади, один из размеров которой, ориентированный вдоль направления дисперсии, совпадает с шириной 50 спектра усиления, а второй - с диапазоном перемещения маски. Перемещение маски в направлении, перпендикулярном дисперсии, позволяет осуществлять произвольную во времени перестРойку спектра.Генерация на различных длинах волн в лазерах зачастую не бывает иезависимой либо из-за наличия общих уровней, либо из-за межмолекулярного взаимодействия, Для выравнивания порогов генерации и возбуждения генерации одновременно на всех выделенных длинах волн в соответствующие вырезы маски встроены неселективные оптические аттенюаторы. К аттенюаторам не Я предъявляются требования спектральной избирательности, они должны лишьбыть прозрачны для всех выбранныхдлин волн и, в подавляющем большинстве, могут быть выполнены из одногои того же материала. Аттенюаторымогут быть использованы также длясоздания необходимого соотношенияинтенсивностей генерации на различных длинах волн. Они могут быть выполнены в виде плоскопараллельныхпрозрачных пластин, встроенных ввырезы маски на шарнирах. Посколькупотери излучения вследствие отражения зависят от ориентации пластин,поворот пластин изменяет интенсивность соответствующих спектральныхмодНа фиг,1 схематически изображенпредлагаемый лазер; на фиг.2 - видпо стрелке А на фиг,1,Лазер состоит из активной среды 1,источника 2 накачки, автоколлимационных зеркал 3 и 4, плоской дифракционной решетки 5, изображающего зеркалаб, маски 7, выполненной в виде диска,насаженного на вал мотора, мотора 8,оптических аттенюаторов 9 и шарниров 10,Активная среда 1 и источник 2 на -качки подобраны так, что создаетсяинверсия на различных спектральныхпереходах. Зеркало 3 является выходным. Решетка 5 расположена неавтоколлимационно. Зеркало б строит изображение точки пересечения поверхности,Решетки и оси лазера в точке о и расположено так, что расстояниемеждуним и зеркалом 4 равно фокусномурасстоянию 1 зеркала б, а расстояние между зеркалом 4 и точкой О равно радиусу кривизны Язеркала 4,Излучение, идущее от плоского выходного зеркала 3, дифрагирует нарешетке. Возникающие при этом монохроматические пучки фокусируются зеркалом б на поверхности зеркала 4 иотражаются от него в противоположныхнаправлениях обратно к зеркалу 3,Спектр генерации задается положениемвырезов на диске и ориентацией аттенюаторов 9.Перестройка спектра осуществляется вращением диска и можетпроизводиться с большей скоростью,так как не предъявляется практически никаких требований к стабильностиположения оси вращения и жесткостидиска.Технико-экономический эффект подтверждается результатами проведенныхэкспериментальных исследований изаключением предприятия. формула изобретенияЛазер с перестраиваемым спектром генерации, содержащий источник накачки, активную среду, маску с про594842 Фн Составитель О.ЗалипаевРедактор Т.Колодцева Техрад Э.Чужик Корректор С.Шекмар Тираж 922 Подписно ЦНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам изобретений и открытий 5, Москва, Ж, Раушская наб., д,45е 133/1 Зак Филиал ППП Патентф, г.ужгород, ул. Проектная,резями, резонатор, включающий однудифракционную решетку, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью формирования и перестройки произвольногоспектра генерации в пределах спектраусиления беэ изменения положения элементов резонатора и беэ увеличенияих числа пропорционально числувыделяемых длин волн, он снабженизображающим оптическим элементом,расположенным между решеткой и однимиэ зеркал резонатора так, что фокусное расстояние элемента равно егорасстоянию от зеркала, расположенного так, что центр кривизны послед"него совмещен с изображением точки 5 пересечения поверхности решеткии оси лазера, а прорези на маскеснабжены неселективными оптическимиаттенюаторами.