Лазер с акустической распределенной обратной связью

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Сощиалистическм Уесиубиик(ЬЦ В. Ка Н 01 8 3/18 Государственный комнтет СССР но делам нзобретеннй н открытнй(088. 8) Дата опубликований описаний 150379(72) Авторы изобретения Ю. В. Гуляев и Г. Н. Шшердин Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР(54) ЛАЗЕР С АКУСТИЧЕСКОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Изобретение относится ш твердотельным генераторам шогерентногоэлектромагнитного излучения.Известны полупроводниковые инжешционные гетеролаэеры с распределенной обратной связью, которые содержат активную среду в виде полупроводнишового кристалла, устройствонашачши и устройство для созданияобратной связи в кристалле в видестатической дифрашционной решетки,расположенной вдоль активного слоякристалла. Однако невозможно в процессе работы осуществлять перестройшу параметров данного лазера,Наиболее блиэшим ш изобретениюпо технической сущности являетсяполупроводниковый лазер, содержащийактивный элемент в виде кристалла,отражающий слой, нанесенный на торец шристалла, и элештроакустичесший преобразователь, находящийся вконтакте с отражающим слоем.К недостаткам этого устройстваможно отнести невозможность получения двух пространственно разделенных лучей с управляеьым сдвигом частот, а также невозможность управления частотной модуляцией лазерногоизлучения,ЗО Цель изобретения - получение двух пространственно, разделенных лучей с управляемым сдвигом частот, а ташже обеспечение воэможности управляе" мой частотной модуляции лазерного излучения.Указанная цель достигается тем, что в лазере с акустической распределенной обратной связью, содержащем активную среду в виде кристалла, устройство накачки и устройство для создания распределенной обратной связи, содержащее элештроашустичесший преобразователь, соединенный с генератором высокочастотных колебаний, элештроашустичесший преобразователь установлен в непосредственном механичесшом контакте с торцом кристалла,На чертеже изображена схема предлагаемого лазера.Лазер содержит генератор 1 высошочастотных колебаний, соединенный с элештроашустичесшим преобраэова" телем 2, который расположен на торце активного слоя 3 кристалла 4. Активный слой 3 может быть таким, шаш например, в инжешционном лазере, или занимать весь объем кристалла 4, шаш, например, в рубиновом паз ере.Предлагаемый лазер работает следующим образом.С помощью генератора 1 высокочастотных колебаний и электроакустического преобразователя 2 в активном слое 3 кристалла возбуждают звуковую волну с частотой Л.=2 КЧ,(К - вол 5 новой вектор электромагнитного излучения в активном слое; Чз - скорость звука) . При этом акустическая волна, распространяющаяся вдоль активного слоя 3, меняет диэлектрическую проницаемость с активного слоя, создавая тем самым динамическую дифракционную решетку, колеблющуюся во времени с периодом звуковой волны. Наличие такой решетки обеспечивает возникновение распределенной обратной связи в активном слое кристалла, что при достижении порогового уровня накачки приводит к генерации электромагнитного излучения, 20 распространяющегося вдоль активного слоя. Частота этого излучения зависит от параметров звуковой волны,таких как частота и амплитуда, атакже от длины активного слоя крис- д 5 ;таяла. В частности при достаточно мощной звуковой волне, когда/" /1,где Ь - длина активного слоя,"ЬК=он,ЬЕ - амплитуда модуляции Ео звуковой волнойд - волновой вектор звука, выражение для собственных частот генерации лазера имеет следующий вид;.ярд )яин = ио 1+3(1+ - р - Ц, 1)й Ягдеф ап =+1, +2,+ 3,,с - скОрость света в вакууме.Из выражения (1) видно, что частота излучения лазерных мод, зависитот ВВ . ДЛя получения частотной модуляции лазерного излучения необходимо работать в режиме частотно стоячей звуковой волны, когда, например 50д К = 61 о(1+В соз 2 Ыгде 0(Ес 1 - коэффициент стоячестизвуковой волны,В этом случае ввиду модуляции величины Ь звуковой волной, аналогично модулируется звуком величины Ъ 7.Оценки показывают, что за счет фотоупругости при помощи звукавтЮ- 100 , возможно достижениесмвеличины ЬЕ10 - 10, т . е, при 60разумных мощностях звуковой волнывозможна генерация частотномодули, рованного излучения с амплитудоймодуляции4 У г 0- 10- приЯ- .5Шп Следует отметить , что амплитудамодуляции частоты излучения лазер зависит от амплитуды звуковой волны, как это видно из выражения (1), т.е, изменением амплитуды звуковой волны (или коэффициента стоячести) легко менять глубину модуляции частоты лазерного излучения.Необходимо также отметить, что генерация лазерного излучения возможна и при частоте звуковой волны ЯЯ=ЯКУ При этом, вообще говоря, будет. генерироваться электромагнитное излучение, распространяющееся под углом к продольной оси активного слоя.Анализ распределения поля излучения в лазере с акустической распределенной обратной связью, пока-.- зывает, что частота электромагнитной волны, распространяющейся вдоль направления распространения волны, на величину Я больше частоты электромагнитной волны, распространяющейся в направлении, протнвоположном распространению звука, Это обусловлено тем, что при отражении электромагнитной волны от звука, частота электромагнитной волны понижается на частоту звука, если направление электромагнитной и звуковой волн совпадают, и соответственно частота электромагнитной волны повышается на частоту звука, если направления электромагнитной и звуковой волн противоположны, что следует иэ законов сохранения энергии в элементарных актах поглощения и испускания фононов фотонами. Таким образом, частоты излучения лазера, выходящего с противоположных торцов активной области сдвинуты на частоту звука, т.епредлагаемый лазер генерирует излучение, состоящее из двух пространственно разделенных потоков электромагнитных волн разных частот, причем сдвиг частот излучения можно менять изменением частоты звуковой волны.К преимуществам предлагаемого устройства лазера следует также отнести .воэможность перестройки частоты излучения (в пределах области активности среды) и интенсивности излучения лазера изменением частоты и интенсивности звуковой волны.Формула из обретени ялазер с акустической распределенной обратной связью, содержащий активную зону в виде кристалла, уст" ройство накачки и устройство для создания распределенной обратной связи, содержащее электроакустический преобразователь, соединенный с генератором высокочастотных коле622378 Составитель С.МухинТехред Л.Алферова Корректор М.РяшкоТираж 922 ПодписноеЦЯИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва жРаушская наб, д,45 Редактор Е.МесроповаЗаказ 1125/б 1 Филиал ППП Патентфф, г.ужгород, ул.Проектная,4 баний; о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью получения двух пространственно разделенных лучей с управляемым сдвигом частот, а также для обеспечения воэможности управляемой частотной модуляции лазерногоизлучения, электроакустический преобразователь установлен в непосредственном механическом контакте с торцом кристалла,