Способ генерации последовательности сверхкоротких импульсов излучения

(50 Н 013 10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч(56) 1. Авторское свидетельствоСССР В 616771, кл. Н 01 В 3/04,1978.2. Басов Н,Г. и др. Регенеративныйоптический квантовый усилитель.ДАН СССР, Серия Физика, 1964,т. 157, М 5, с. 1084-1087 (прототип),(54)(57) СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВИЗЛУЧЕНИЯ путем инжекции импульсаизлучения задающего квантового гене 9804 А ратора в кольцевой оптический .резонатор, содержащий квантовый усилитель и пассивный затвор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды излучения, время пробега импульса излучения по кольцевому оптическому резонатору 1 р,длительность импульса излучения 1 ц и время восстановления коэффициента усиления ак 1 тивной среды квантового усилителя выбирают иа соотношения824852 1 рэ+и Изобретение относится к квантовойэлектронике и может быть использовано для лазерного термоядерногосинтеза, лазерного разделения изотопов, лазерной локации, лазернойобработки материалов.Известно несколько способов получения последовательности сверхкоротких импульсов излучения, например способ пассивной или вынужденной синхронизации мод в кольцевомили линейном резонаторе 11 .Недостатком известных способовявляется сложность получения требуемой длительности импульсов излучения.15Известен также способ и устройство для его осуществления 2, гдеимпульс излучения, сформированныйзадающим квантовым генератором, инжектируется в кольцевой оптический 2 Орезонатор, содержащий квантовый усилитель и пассивный затвор, При этомна выходе устройства образуется короткая последовательность сверхкоротких импульсов излученияс периодом 25следования, равным времени пробегаиМпульса излучения по кольцевомурезонатору,Общим недостатком перечисленныхспособов является невозможность полу- ЗОчения последовательности сверхкорот-,ких импульсов излучения стабильнойамплитуды. Это связано с тем, что всуществующих устройствах база оптического резонатора не превышает нескольких метров, при этом коэффи 3циент усиления активной среды кван-,.тового усилителя не успевает восстановить своего значения за времяпробега импульса излучения по кольцевоыу оптическому резонатору.Цель изобретения - повышение ста"бильности амплитуды излучения.Поставленная цель достигаетсятем, что в способе генерации последовательности сверхкоротких импульсов излучения путем инжекции излучения задающего квантового генератора в кольцевой оптический резонатор,содержащий квантовый усилитель и 5 Опассивный затвор, время пробега импульса излучения по кольцевому оптическому резонатору 1 р , длительность импульса излучения 1 д ивремя восстановления коэффициентаусиления активной среды квантовогоусилителя 1 З выбирают из соотноше"ния Такой способ может быть осуществлен устройством, состоящим иэ задающего квантового генератора и кольцевого оптического резонатора, содержаще-. 65 го квантовый усилитель и пассивный затвор, причем, с целью, обеспечения требуемого времени пробега импульса излучения по кольцевому оптическому резонатору последний содержит оптическую линию задержки.На чертеже изображена схема предлагаемого устройства,устройство содержит задающий квантовый генератор 1 и кольцевой оптический резонатор, образованный отражающими 2 и 3 и полупрозрачным 4 зеркалами, и содержащий квантовый услилитель 5, пассивный затвор б и оптическую линию 7 задержки. Техническое решение оптической линии задержки известно, например, система иэ двух параллельных плоских отражающих поверхностей. Работает устройство следующим образом. Любым иэ известных способов в активной среде усилителя 5 создается инверсия населенности. В генераторе 1 формируется импульс излучения энергией Ее и длительностью 1 ц, который через полупрозрачное зеркало 4 с коэффициентом отражения М инжектируется в кольцевой оптический резонатор. Тогда с выхода усилителя 5 снимается импульс излучения энергией (1 -1) Ев+ Ео, где Ео - энергия, снимаемая импульсом излучения .с активной среды квантового усилителя. Этот импульс излучения, отражаясь от зеркал 2 и 3 и проходя через затвор 6 и линию 7, попадает на полупрозрачное зеркало 4, которое отводит часть. импульса излучения с энергией (1-1) Г+(1-1) Е иэ кольцевого оптического резонатора, а вторую часть с энергией (1-1)16 + + 1 Е отражает на вход усилителя Затем процесс периодически повторяется, Так как время пробега импульса излучения по кольцевому оптическому резонаторубольше суюы времени восстановления коэФфициента усиления активной среды р и длительности импульса излучения т,ц Ц, то к моменту прихода следующего импульса излучения активная среда квантового усилителя успевает восстановить свой коэффициент усиления, и, если квантовый усилитель работает в режиме насыщения, на выходе кольцевого оптического резонатора образуется периодическая последовательность импульсов излучения с энергией в им- пульсе 4 где - энергия импульса излучения последовательностиа 824852 Составитель Т. МанюковаРедактор Г. Петрова Техред М.тенер Корректор И. Ватрушкина Эакаэ 6718/5 Тираж 590 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Й, .Раушская. наб., д. 4/5филиал ППП "Патентф, г Ужгород, ул. Проектная, 4 на выходе кольцевого оптического резонатора.0 - число пробегов импульсаизлучения по кольцевому оптическому резонатору. Поскольку при большом, числе импульсов.последовательности 1 ф выл =Ео,1- сото на выходе устройства образуетсяпоследовательность импульсов излучения стабильной амплитуды с периодом следования, равным 1 р . При выходе отношений (2) и 3) не учиты-.вались энергетические потери, вносимые оптической системой устройства.Длительностьпоследовательностиопределяется длительностью накачкиактивной среды квантового усилителя,и в случае постоянного режима работыможет быть неограниченной. Пассивныйзатвор б, в качестве которого можетбыть использован насыщающийся поглотитель, предотвращает развитие гене,рации усилителя 5 в промежутках между импульсами излучения, причемвремя релаксации пассивного затворадолжно быть меньше времени восстановления коэффициента усиления активной среды квантового усилителя. Необходимость использования оптической линии задержки объясняется сложностью создания кольцевого опти ческого резонатбра с базой, превышающей десятки метров. Например, в случае использования СО - кванто- :вого усилителя при давлении актив.ной среды 1800 тор время восстанов-ления коэффициента усиления активной среды квантового усилителя составляет несколько сот нс. Тогда база кольцевого оптического резонатора должна превышать 30 м. Для уменьшения габаритов устройства используется линия 7, с помощью которой воз"можно также осуществить перестройкучастоты следования импульсов излучения последовательности. При этомнижняя граница частоты следованияобуславливается реальными габаритами,и потерями в оптической системе,устройства.По предварительным ориентировоч ным расчетам экономическая эффективность от применения предлагаемого изобретения будет зависеть от.конкретного применения. Так, прииспользовании предлагаемого способа 20 для усиления цепочки наносекундныхимпульсов в установках лазерноготермоядерного синтеза коэффициентполезного. действия лазерной системывозрастает до 20-30 по сравнению 25 с несколькими процентами в случаеусиления одиночных импульсов излучения. При этом экономическая эффективность лазерных систем в установках с энергией в импульсе, превы- ЗО.шающей десятки килоджоулей можетсоставить сотни тысяч рублей.При использовании предлагаемогоспособа для целей лазерной локациивозможно создание импульсных оптических дальномеров с высокой точностью измерения. Эконсуическая эффективность в.данном случае будетопределяться упрощением радиотехническойсистемыдальномера.