Двухволновой лазер

.:Уфью)т- ,.БФДУ.т САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СТВУ ВИДЕТ АВТОРСКОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 30.03,86. Бюл. Иф 12 (71) Ордена Трудового КрасногоЗнамени институт физики, АН БССР (72) А.П. Войтович, Л.П, Рунец, А;Я. Смирнов и Л.Л. Тепляшин (53) 621.375.8(088.8)(56) РгИоН Н,Б. Бпва 1 апсоцз гмоюаче 1 епцгЬ Бе 1 есг.оп 1 п гЬе Н Уазег-рцшрей ануе 1 азег, Арр 1. РЬуз. 1.егйегз, 1972, 21, У 8, р.339.Балакин В,А. и др, Переключение длины волны Не-Ке ОКГ в области 3,39 мкм, Квантовая электроника, 1975, 2, У 2, с. 402.Войтович А.П, и др. Сужение и привязка спектра излучения лазера на красителе к атомной линии поглощения, Письма в ЖТФ, 1980, 6. В 22, с. 1400. 4)(57) ДВУХВОЛНОВОЙ ЛАЗЕР, содержай последовательно расположенные взонаторе на одной оптической оси активный элемент, поглощающую ячейку в соленоиде, создающем в поглощающей ячейке продольное магнитное поле, нерезонансный фарадеевский вращатель плоскости поляризации с блоком питания соленоида этого вращателя и поляризатор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения класса исследуемых веществ, расширения диапазона генерируемых длин волн, увеличения отношения сигнал/шум и повышения стабильности мощности генерации при переключении излучения с одной длины волны на другую, в резонатор лазера дополнительно помещена вторая поглощающая ячей ка, заключенная в соленоид, направление магнитного поля которого противоположно направлению магнитного поля в первой ячейке, причем обе поглощающие ячейки расположены сЪф одной стороны от поляризатора, аЬвй блок питания соленоида нерезонансного фарадеевского вращателя снабжен средством коммутации тока.1087025Изобретение относится к области ч кваНтовой электроники и может быть щ использовано при абсорбционном в спектральном анализе веществ в ка- н честве источника двухволнового излу к чения с переключением длин волн. сИзвестен двухволновой лазер с ши- щ рокой областью усиления, включающий в себя активную среду (краситель),с оптический элемент внутри лазерного 10 о резонатора, разделяющий излучение п на два пучка,два селективных отра- г жателя и одно общее для обоих длин д волн выходное зеркало. Генерация на двух длинах волн осуществляется за 15 л счет наличия двух независимых дис- У пергирующих элементов,Кроме того, в одном веществе для 45 переключения излучения с одной длины волны на другую необходимо одно.:временно существенно менять и создавать различные условия для генерации на этих длинах волн что при из 1менении магнитного поля может приводить к невоспроизводимому изменению мощности излучения на этих линиях (ухудшению стабильности) припереключении длины волны.Использование в поглощающейячейке смеси двух веществ затрудненоиз"за их возможной несовместимости(например, химической и т.п.) или Переключение генерации с одной длины волны на другую производится путем попеременной блокировки пучков20 излучения механическим устройством. Существенными недостатками такого лазера являются: невысокая частота переключения длин волн, нестабиль 25 ность мощности при переключении и низкий КПД устройства.Известен также переключаемый по длинам волн двухволновой лазер, содержащий резонатор, образованныйдвумя зеркалами, внутри которого рас 30 положены активный элемент со смесью веществ и поглощающая ячейка с метаном, подключенная к вакуумной системе. Работает лазер на двух связанных переходах с длинами волн 3,3922 мкм 35 и 3,3912 мкм. В отсутствии метана в результате конкуренции генерация обычно осуществляется на длине волны 3,3922 мкм. С увеличением давления метана генерация на этой длине волны 40 подавляется и возникает генерация на длине волны 3,3912 мкм, Изменяя давление метана в ячейке, осуществляют периодическое переключение генерации с одной длины волны на другую.Недостатком этого двухволнового лазера является невозможность изменения интервала между переключаемыми длинами волн, что ограничивает круг исследуемых веществ.Из известных наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является лазер на растворах органических соединений с узкими линиями генерации, привязанными к линиям поглощения вещества. Этот двухколновый лазер содержит последовательно расположенные в резонаторе на одной оптиеской оси активный элемент, поглоающую ячейку в соленоиде, создающемпоглощающей ячейке продольное магитное поле, нерезонансный фарадеевсий вращатель плоскости поляризацииблоком питания соленоида этого враателя и поляризатор.Выделение двух длин волн из широкого пектра генерации известного лазера существляется следующим образом: ри прохождении излучения через полощающую ячейку, помещенную в проольное магнитное поле, с веществом или смесью двух веществ, имеющих две ниии поглощения в пределах полосы силения красителя, происходит поворот плоскости поляризации излучения, зависящий от длины волны.Затем с помощью фарадеевского вращателя подбирают нерезонасный поворот плоскости поляризации такой величины и направления, чтобы скомпенсировать поворот в поглощающей среде. Вследствие наличия в резонаторе поляризатора создаются дополнительные потери на всех частотах полосы усиленияЭ кроме тех, на которых осуществлена компенсация поворота плоскости поляризации. В результате этого из широкого спектра генерации будут выделяться две узкие линии. Подбором веществ можно выделить и большее число линий.Основными недостатками известного лазера являются следующие.При использовании в поглощающей ячейке одного вещества практически невозможно, менять положение одной линии генерации относительно другой, Это накладывае существенные ограничения на класс исследуемых веществ, на диапазон генерируемых длин волн и интервалы между ними, а также на отношение сигнала к шуму.1087025 из-за их взаимодействия, что ограничивает класс исследуемых веществ идиапазон генерируемых пар длин волн.Цель изобретения - расширениекласса исследуемых веществ, расширение диапазона генерируемых длин волн,увеличение отношения сигнал/шум иповышение стабильности мощности генерации при переключении излученияс одной длины волны на другую.Цель достигается тем, что резонатор двухволнового лазера, содержа. -щего последовательно расположенныев резонаторе на одной оптическойоси активный элемент, поглощающуюячейку в соленоиде, создающем в поглощающей ячейке продольное магнитное поле, нереэонансный фарадеевскийвращатель плоскости поляризации сблоком питания соленоида этого вращателя и поляризатор, дополнительнопомещена вторая поглощающая ячейка,заключенная в соленоид, направлениемагнитного поля которого противоположно направлению магнитного поляв первой ячейке, причем обе поглощающие ячейки расположены с однойстороны от поляризатора, а блок питания соленоида нерезонансного фарадеевского вращателя снабжен средством коммутации тока.На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства.В резонаторе лазера, образованном зеркалами 1 и 2, последовательно вдоль его оси расположены активный элемент 3, представляющий собойкювету с красителем, поглощающие ячейки 4 и 5 в соленоидах с различными поглощающими веществами, имею-,щими в пределах полосы усиления несовпадающие между собой по однойатомарной или узкой молекулярнойлинии поглощения, фарадеевский нерезонансный вращатель 6 (например,флинт в соленоиде) с блоком 7 питания соленоида вращателя, снабженныйкоммутирующим устройством 8, и поля-,ризатор 9. Лазер работает следующим образом.При накачке активного элемента 3 . возникает вынужденное оптическое излучение с широким спектром генерации (от 5 до 15 нм) . При прохождении световой волны через ячейки 4 и 5 происходит поворот плоскости поляризации тех частей излучения, длины волн которых попадают в пределы контуров поглощения веществ в ячейках,причем поворот этот максимален в центре каждого контура и уменьшается помере отстройки длины волны от центральной. За пределами контуров поглощения поворот плоскости поляризацииотсутствует. В нерезонансном фарадеевском вращателе поворот плоскостиполяризации в этом случае происходитв обратном направлении, причем он,слабо зависит от длины волны в пределах полосы генерации лазера. В случае совпадения направления магнитныхполей на поглощающих ячейках и фарадеевском вращателе в центрах контуров осуществляется полная компенсация поворота плоскости поляризации,а на других длинах волн поворот сохраняетсяВследствие налиния в резонаторе поляризатора потери будутвозрастать на всех длинах волн, кроме тех,на которых поворот полностьюскомпенсирован, т.е. на центрах контуров поглощения веществ в ячейках 25 4 и 5.Таким образом, из широкого спектра генерации выделяются две узкиелинии на длинах волн, совпадающих сцентрами контуров поглощения: одна -вещества в ячейке 4, другая - вещества в ячейке 5.Если на одной иэ ячеек поменять.направление магнитного поля по отношению к направлению поля в фарадеевском вращателе, то компенсации углаповорота в этом веществе не будет,и соответственно, не будет генерациина данной длине волны. Если же присохранении противоположного направления магнитных полей на поглощающихячейках периодически изменять направление магнитного поля на фарадеевскомвращателе, то лазер будет генерировать узкую полосу излучения, соответствующую линии поглощения то одноговещества, то другого,. т.е. будет происходить переключение излучения содной длины волны на другую. При этомдля исключения возникновения широкогоспектра генерации при переключении 50 длин волны к фарадеевскому вращателюприкладывают переменное по направлению продольное магнитное поле прямоугольной формы. Для этого блок питания соленоида вращателя снабжен кои мутирующим устройством 8, котороеформирует периодическую последовательность прямоугольных импульсовтока.1087025 0 Редактор. Л. Письман Техред Л.Олейник Корректор Е. Сирохман Заказ 1629/5 Тираж 597 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5 еФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4,Для обеспечения совпадения направления магнитных полей в ячейках,ифарадеевском элементе при получениигенерации на двух длинах волн одновременно в блоках питания всех трехсоленоидов предусмотрено переключение полярности тока, а в блоке питания соленоида нерезонасного вращателя предусмотрено, кроме того,отключение коммутирующего устройства,Отметим, что переключение длинволн в предлагаемом лазере можноосуществить также путем поочередного переключения магнитных полейодинакового направления с одной ячейки на другую или одновременным переключением полярности противоположнонаправленных магнитных полей на поглощающих ячейках при неизменном направленни магнитного поля на фарадеевском элементе,Таким образом, предложенный лазеробеспечивает получение генерациидВух узких с ВысОкОЙ точнОстью Воспроизводимых по частоте линий генерации, позволяет с высокой. частотойи точностью производить переключение излучения попеременно. с однойдлины волны на другую; дает возможность получить двухволновую генерацию во всей области спектра, в кото-ром возможна генерация лазера с широкой полосой усиления, и дискретно изменять интерВалы между генерируемымидлинами волн в пределах полосы усиления выбранной активной среды путемподбора подходящих линий поглощениявеществ. При этом диапазон измененияинтервалов между этими длинами волнсущественно увеличивается за счет использования второй поглощающей ячейки, что позволяет значительно расширить круг используемых для привязкиспектра веществ, тем самым расширивкласс исследуемых веществ,Использование двух независимыхвеществ позволяет подбирать положение вспомогательной линии генерациии наиболее полно учитывать нерезонансное поглощение и тем самым повышатьотношение сигнал/шум,В предлагаемом устройстве мощностьгенерации на обеих длинах волн можетбыть подобрана одинаковой, и она небудет меняться при переключении генерации, поскольку в ячейках поглощения ни магнитное поле, ни другие параметры не изменяются, а меняетсялишь направление поля в фарадеевскомвращателе,Использование двух ячеек снимает ограничение на несовместимость веществ, что устраняет сложности их выбора и подбора необходимых количественных соотношений поглощения на разных линиях и позволяет независимо изменять напряженности магнитных полей на ячейках.Описанный двухволновый лазер создан на базе лазера на красителе. В качестве активного вещества использовался краситель родамин 6 Ж, в качестве поглощающих веществ - газы Не и Ме. При наложении на поглощающие ячейки магнитных полей НН =Не .=1000 Э и Н =: 600 Э с помощью изменения направления поля на фарадеевском вращаФеле осуществлялась попеременная генерация на двух длинах волн: 5881,895 А и 5875,966 А, Ширина спектра генерации на обеих линиях не превышала ширины контуров линии поглощения.