Лазер с динамической распределенной обратной связью

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А Ш 4 Н 01 8 3 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН е угол между оптическойпучка накачки и нормалсветоделителю;коэффициент преломленитериала светоделителя. ось маГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ордена Трудового Красного Знаме ни институт физики АН УССР, Специальное конструкторско-технологическое бюро физического приборостроения с Опытным производством ордена Трудового Красного Знамени института физики АН УССР(56) Авторское свидетельство СССР к 621267, кл. Н 01 Я 3/05, 1976.Спаппга Б, ТаЕепэМ В. Рггэа ануеаэег Арр 1. Раув, 1.егг 1972,: Ч 21, У 4, р. 1172.,(54)(57) ЛАЗЕР С ДИНАМИЧЕСКОЙ РАСПРЕ" ДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ, содержащий источник накачки, сфероцилиндричес" кий телескоп и активную среду на оп" тическом контакте с катетной гранью прямоугольной призмы полного внутрен" него отражения, установленной с воэможностью вращения вокруг оси, параллельной боковым ребрам призмы, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения диапазона перестройкичастоты генерации путем увеличенияэффективности распределенной обратной связи при использовании для накачки лазеров с низкой степенью пространственной когерентности и сохранения виброустойчивости и простотыперестройки частоты генерации, междутелескопом и прямоугольной призмойполного внутреннего отражения уста"новлен светоделитель, выполненный ввиде прямоугольной призмы, основанием которой является равнобедренныйтреугольник с углом при вершине ы,удовлетворяющим условиюэмап Чэ 1 п -- + 90,Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в линейной и нелинейной оптике, лазерной спектроскопии высокого разрешения и других областях.Известен лазер с динамической рас пределенной обратной связью (ДРОС), содержащий источник накачки, телескоп-светоделитель, систему зеркал ,для сведения в активной среде, образующихся после светоделителя двух пучков накачки, так что в активной среде совмещейы прямые изображения источнйка накачки, активную среду на оптическом контакте с призмой.Однако описанный лазер обладает существенными недостатками: сложностью осуществления указанного синхронного вращательно-поступательного движения зеркал при перестройке, связанной с необходимостью обеспече" ния неподвижности области интерференции активной среды при перестройке (несинхронность вращения зеркал должна быть +6" при угле поворота 5-6 точность вращения зеркал и угол поворота определяется соответственно шириной линии генерации и диапазоном перестройки лазера с динамической распределенной обратной связью);малой виброустойчивостью системы зеркал (исходя из ширины линии генерации, требуется обеспечить неподвижность каждого элемента лазера в пределах +6"/и (где п - число элементов),Наиболее близок к изобретению лазер с динамической распределенной обратной связью, содержащий источник накачки, сферо-цилиндрический телескоп и активную среду на оптическом контакте с катетной гранью прямоугольной призмы полного внутреннего отражения (ПВО), установленной с возможностью вращения вокруг оси, параллельной боковым ребрам призмы.В активной среде интерферируют часть пучка источника накачки, непосредственно падающую на активную среду; часть пучка источника накачки испытавшую полное внутреннее отражение на сопряженной относительно активной среды катетной грани прямоугольной призмы ПВОПерестройка длины волны генера- ции осуществляется путем простого вращения призмы ПВО, при этом обеспе. чивается большая жесткость (виброусточивость) конструкции, так как отпадает необходимость в наличии системы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зеркал для совмещения в активной среде пучков накачки. Синхронное изменение угла встречи интерферирующихпучков в призме ПВО при вращениидостигается автоматически; при любомугле падения пучка накачки на призму ПВО плоскости узлов и пучностейинтерференционной картины всегда пер.пендикулярны катетной грани призмыПВО, на контакте с которой расположена активная среда.Однако в подобной схеме в активной среде интерферируют пучки накачки, принадлежащие разным участкамволнового фронта источника накачки.Это приводит к тому, что видность интерференционной картины, а следовательно, эффективность распределеннойобратной связи зависит от степенипространственной когерентности источника накачки, и при использованиидля накачки лазеров без селекции поперечных типов колебаний диапазонперестройки ограничен областью в 100.150 А из-за возникновения сильногофона суперлюминесценции.Цель изобретения - увеличение диапазона перестройки частоты генерации путем увеличения эффективностираспределенной обратной связи прииспользовании для накачки лазеровс низкой степенью пространственнойкогерентности и сохранения виброустойчивости и простоты перестройкичастоты генерации.Указанная цель достигается тем,что в лазере с динамической распределенной обратной связью, содержащем, .источник накачки, сферо-цилиндрический телескоп и активную среду наоптическом контакте с катетной гранью прямоугольной призмы полноговнутреннего отражения, установленнойс возможностью вращения вокруг оси,параллельной боковым ребрам призмы,между телескопом и прямоугольнойпризмой полного внутреннего отражения установлен светоделитель, выполненный в виде прмоугольной призмы,основанием которой является равнобед"ренный треугольник с углом при вершине 1, удовлетворяющим условию= асс здп + 90 ф,зхпЮгде 1 - угол между оптической осьюпучка накачки и нормалью ксветоделителю;п - коэффициент преломления ма"териала светоделителя,На фиг, 1 представлена оптическая схема лазера с динамическойраспределенной обратной связью; нафиг. 2 - ход лучей в светоделителе.Лазер состоит из последовательнорасположенных вдоль оптической осиисточника 1 накачки, сферо-цилиндрического телескопа 2, светоделителя3, призмы ПВО 4, активной среды 5,установленной на оптическом контактес одной из катетной гранью призмыПВО,Лазер работает следующим образом.Пучок источника 1 накачки, пройдя сферо-цилиндрический телескоп 2,падает на светоделитель 3. Частьй Иизлучения накачки д - Ъ, отраженнаяот грани .светоделителя АС, падает нагипотенузную грань РР призмы ПВО, апосле преломления, испытав полноевнутреннее отражение на катетной грани ГЮ призмы ПВО, падает на активнуюсреду 5.Другая часть излучения накачкид - Ъ, испытав преломление на гранисветоделителя АС и два последовательных полных внутренних отражений награнях светоделителя ВС и АВ, падает после преломления на грани АС светоделителя на гипотенузную граньР 0 призмы ПВО и после преломления наней - на активную среду 5. Так какполное число отражений пучков а - Ь1Уа - Ъ четное, а при каждом отражениипроисходит поворот волнового фронтана 180, то в активной среде интерферируют прямые изображения источника накачки, и видность интерференционной картины и связанная с ней эффективность распределенной обратнойсвязи не зависят от степени пространственной когерентности источниканакачки,Излучение генерации с частотой,. равной частоте Брэгга, распространя.ется перпендикулярно узлам и пучнос"тям интерференционной картины, идля выполнения амплитудных условийгенерации это направление должносовпадать с ориентацией активной среды. Так как активная среда находитсяв оптическом контакте с катетной гранью призмы ПВО, необходимо, чтобыузлы и пучности интерференционнойкартины были перпендикулярны катетной грани призмы ПВО, Это будет до 1 Истигнуто, если пучки а -и а -Ъпадающие на гипотенузную грань призмы ПВО, будут. параллельны. Для определенности рассмотримход лучей а и а" (фиг, 2). Покажем,что при выполнении указанного условпчвия= агс вп -- + 90 лучи а(ии а будут параллельны.Пусть ц - угол падения излучениянакачки на светоделитель;10 и - коэффициент преломленияпризмы,Из свойства углов треугольников,законов преломления и отражения можноустановить следующую связь между15 углами (у при вершине призмы, угломпадения у, угломпреломления и углом 3, под которым излучение выходит из призмыв 1 пРв)пЧу = агс вьп - + 90пУ в 1 пЧ35 тогда= 2 агс вп -- + 180ивпЧ впЧ,1 ои агс вп агсвпи иа угол 8 равеньгв 1 пч 1о = агс вдп п.вдп агс ви " - -1 -40и= агс в 1 п в 1 п ч" = ,3:щт.е. лучи а и а" - параллельны,Из фиг. 2 следует необходимая45 связь между геометрическими размерами призмы светоделителя и световымдиаметром пучка излучения накачки.Если 1 - световой диаметр излучениянакачки, Ч - угол падения излучения50,накачки, ч - угол при вершине призмы, толинейный размер боковой гранипризмы - светоделителя равен М вхп-,2= 21= -- . 55 сову Пример конкретной реализации,Приборы и элементы испытательного,стенда содержат:1102453 ВНИИПИ Тираж 5 Заказ 54/Подписное макет лазера с динамической распределительной обратной связью "Видео РОС", соответствующий оптической схеме (фиг. 1);источник накачки - рубиновый лазер ОГМ, , = 0,694 нм;источник накачки - лазер на Ы ИАГ с генерацией на длинах волн 1,064 мк и 0,532 мк;Оизмерители длины волны генерацииспектрограф ИСП;измерители ширины генерации - интерферометр Фабри-Перо ИТ-30;измерители энергии калориметрические - ИМО 15)измерители пиковой мощности на основе неаксиальных фотоэлементов серии ФЭК, ФЭК, ФЭК, связанных. с измерителями параметров импульсов типа И-3.20 Перекрытие диапазона 550-780 нм достигается с применением красителей - родамина бж, красителя 167-1, оксазина 1 П. В случаях, когда необхо димо устранить провал по мощности в областях 600-700 нм, используются красители - б-аминофеноленон, реэаэурин. Перекрытие диапазона длин волн генерации 720-1000 нм достигается 30 с использованием красителей ПК 686, ПК 742, ПК 803, ПК 865. Представленные показывают, чтоизлучение суперфлуоресценции подавлено во всей области усиления лазерных красителей, несмотря на использование источников накачки с низкойстепенью пространственной когерентности по сечению пучка, а следова"тельно, основная цель изобретения -расширение диапазона перестройки -реализуется. Измерения диапазона перестройки с указанными красителямии источниками накачки с использованием устройства - прототипа, показывают, что диапазон перестройки непревышает ширины полосы супврфлуоресценции 10-15 нм, т.е. меньшев 2-4 раза,В испытанном лазере с динамической распределенной обратной связьюна основе предложенного изобретенияреализуются и другие. признаки, такие как простота перестройки и виброустойчивость, присущие прототипу,поскольку в нем не содержится дополнительных элементов сведения пучковнакачки в активной области. Призма-делитель пучка накачки устанавливается неподвижно, а перестройкачастоты генерации достигается толькоза счет осевого вращения призмыактивной среды, как и в случае прототипа,Филиал ППП "Патент",г.Ужгород, ул.Проектная, 4