Устройство для стабилизации энергии импульсов излучения лазера

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК дш ЯО п.1127517594 НО 5313 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР(71) Институт физики АН ЛитССР(56) Воронин Э.С. и др, Уменьшениефлуктуации выходной мощности Не-Йегазового лазера ПТЭ, 1971, В 5,с.200,ИЬ 1 йе М,З. ей а.АГаГ-Геййеп 9аййепоайог аког 1 азег рц 1 Г епегдузйаЬ 111 гаг 1 оп, Орс 1 сз Соапап 1 сай 1 опз.1983, 44, В 6, р.405.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИЭНЕРГИИ ИМПУЛЬСОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА,содержащее установленные последова".тельно по ходу излучения лазера светоделительную пластину, оптичес,кую линию задержки, поляризатор,нелинейную среду, связанную посредством цепи управления с светодели-тельной пластиной, и анализатор,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью упрощения конструкции и повышении стабильности излучения лазера, нелинейная среда выполнена в виде кюветы с раствором просветляющегося красителя, а цепь управлениясодержит установленные по ходуответвленной от светоделительнойпластины части излучения поворотноезеркало и второй поляризатор, плоскость поляризации которого образуетугол 04 , удовлетворяющий условию0 ( сс 90 , с плоскостью поляризации первого поляризатора.Изобретение относится к областиквантовой электроники и может бытьиспользовано при создании оптических квантовых генераторов с внешнейстабилизацией энергии выходного излучения,Известно устройство для стабилизации интенсивности лазерного излучения на основе интерферометра фабри-Перо, содержащее два параллельных друг другу зеркала с коэффициентами отражения, близкими к 1007., ипомещенную между ними нелинейнуюсреду, обладающую свойством изменитьпоказатель преломления под,действием излучения,Недостатком устройства являетсянебольшой динамический диапазон,т.е, диапазон изменений входнощинтенсивности, которые могут бытькомпенсированы устройством. Крометого, его быстродействие ограниченовременем, в течение которого устанавливается картина максимумов пропускания интерферометра фабри-Перо, т.е.временем многократного пробега светом расстояния между зеркалами (что-юсоставляет обычно более 1 О с) иограничивает использование стабилизаторов в технике ультракоротких (пикосекундных) импульсов.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является устройство для стабилизации энергии импульсов излучения лазера, содержащее установленные последовательнопо ходу излучения лазера светоделительную пластину, оптическую линиюзадержки, поляризатор, нелинейнуюсреду, связанную посредством цепиуправления со светоделительной пластиной, и анализатор.Цепь управления подключена кэлектрооптическому кристаллу и выполиена в виде электрической цепи,Она содержит фотодетектор, преобразующий световой импульс в электрический, блок формирования электрического импульса и высоковольтныйусилитель.Недостатком прототипа являетсясложность цепи управления,Блок Формирования электрическогоимпульса в цепи управления не является стандартным электронным устрой"ством, его функция и характеристикиспецифичны для стабилизатора энергиисветовых импульсов. К блоку высоковольтного усилителя в цепи управления предъявляются высокие требованияк линейности усиления,Кроме того, вся цепь управления5включая Фотодетектор, блок формирования и блок усиления, должна обладать, как это следует из описанияпрототипа, повышенной стабильностьюи. воспроизводимостью параметров отимпульса к импульсу в сочетании сбыстродействием в наносекундном диапазоне длительностей, который близок к пределу для быстродействия15 электронных устройств.Цель изобретения - упрощениеконструкции устройства и повышениестабильности излучения лазера.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для стабили"зации энергии импульсов оптического излучения лазера, содержащем установленные последовательно по ходуизлучения лазера светоделительную25 пластину, оптическую линию задержки, поляризатор, нелинейную среду,с которой через цепь управления взаимосвязана светоделительная пластина, и анализатор, нелинейная средаЗп выполнейа в виде кюветы с растворомпросветляющегося кристалла, а цепьуправления содержит установленныепо ходу ответвленной от светоотделительной пластины части излучения по 35воротное зеркало и второй поляризатор, плоскость поляризации которого образует угол й, удовлетворяюощий соотношению 0 (90 , с плоскостью поляризации первого поляри 40 затора.Использование Раствора просветляющегося красителя в качестве нелинейной среды позволяет цепь управления выполнить чисто оптической. Вве 45 дение оптической цепи управления позволяет отказаться от сложной электрической цепи управления и использовать вместо нее стандартные оптические элементы.На чертеже приведена схема устройства.Устройство содержит расположенные последовательно на пути входногоизлучения и оптически связанные све"тоделительную пластину 1, оптиче куюлинию 2 задержки, первый поляризатор 3, кювету .4 с раствором просветляющегося красителя и анализатор 5,После светоделительной пластины 1з 11по ходу ответвленной части излученияразмещены поворотное зеркало 6 и вто .рой поляризатор 7, оптически связанный с кюветой 4 раствора просветляющегося красителя и установленныйтак, чтобы его плоскость поляризации П составляла бы с плоскостьюполяризации П, первого поляризатораугол с, 0ю ( 90,Устройство работает следующим образом,Полупрозрачная светоделительнаяпластина 1 разделяет падающее входное излучение на две части: стабилизируемую и управляющую. Стабилиэируемая часть излучения через линию 2задержки падает на оптическую систему стабилизации, включающую кювету 4с раствором просветляющегося красителя (например, Р 1052 в нитробензоле), установленную между поляризатором 3 и анализатором 5 (например,призмами Глана),Поляризатор 3 и анализатор 5 нескрещены. Угол о расстройки плоскости поляризации П анализатора 5от положения скрещения сплоскостьюП поляризации первого поляризатора3 определяется свойствами красителяи устанавливается экспериментально.Угол выбирается так, чтобы на зависимости энергии Я выходного излученияот времени задержки 1 между разветвленными стабилизированной и управляющей частями наблюдалась область "затемнения". В грубом приближении 0 ( О45 , а точное условие08 с, где- угол поворота плоскости поляризации электрическоговектора Е стабилизируемого излученияв результате прохождения через раст- .вор красителя (причем угол 13 является функцией энергииответвленного управляющего импульса),Без. управляющего импульса системапропускает стабилизируемое излучениес постоянной энергией Я. 27517 5 10 15 20 25 вием мощного излучения наряду с про"светлением в общем случае возникает и двулучепреломление. Это приводит к тому, что пропускание систе- ЗО мы падает не до нуля.В определенном интервале временизадержки зависящем, главным образом,от свойств используемого красителя,уровень пропускания устройствападает ниже уровня пропускания безуправляющего излучения: происходит"затемнение" устройства. Для стабилизации энергии выходного излучения необходимо выбрать время заев 1 40 держки именно в области затемненияТогда флуктуация энергии импульсавходного излучения от некоторогосреднего уровня О, будет компенсирована изменением пропускания системы, 45 вызванным управляющим импульсом, ина выходе разброс энергий может бытьсделан весьма малым.Для стабилизации энергии излучения неодимового лазера с длиной вол ны= 1,06 мкм и длительностьюимпульса 5 пс было использовано устройство, содержащее кювету с раствором красителя 1052 в нитробензоле(толщина кюветы 1 мм при начальном 55 пропускании Т =22). При угле рас- стройки анализатора 5 от положенияОскрещений с поляризатором Зо = 6область затемнения оказалась в интервале времен задержки й от 100 Ответвленная управляющая часть с плотностью энергии.Я, равной или больше плотности энергии насыщения красителя,.падает на поворотное зеркало 6 с коэФФициентом отражения, близким 1003, поляризуется вторым поляризатором 7 и падает на кювету 4, где пересекается со стабилизируе 1 мой частью. Приход управляющего им" пульса излучения в момент й 0 с поляризацией П наводит в красителе дихроизм просветления и двулучепреломление. Наибольшая величина дихроизма просветления соответствуетауглу о = 45 , поэтому зто значение угла является оптимальным.Возникновение в растворе красителя дихроизма просветления приводит к изменению направления плоскости поляризации проходящего света, т.е.плоскость поляризации Е электрического вектора стабилизируемого импульса несколько поворачивается на УРол ) . Когда анализатор 5 повернут в сторону от этого поворота, пропускание анализатора падает. Таким образом, в результате действия управляющего импульса пропускание устройства становится меньше, чем в случае без управляющего импульса. Если не учитывать наведенного в красителе двулучепреломления, то пропускание системы может упасть до нуля. Однако в красителях под дейст1127517-- "- 53дОспри разбросе энергии на входе з 253,ао 5Редактор С.Титова Техред М.Дидык Корректор С.Шекмар Заказ 4358 Тираж 625 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035) Москва, Ж) Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул, Проектная, 4 до 400 пс. Оптимальный режим работыустройства достигается при установкелинии 2 задержки на время 250 пс. Вэтом случае разброс энергии на выходе составляет Введение чисто оптической цепиуправления и использование эффектазатемнения позволяет использоватьустройство для стабилизации энергиипикосекундных импульсов длительностью от единиц до сотен пикосекунд. Импульсы короче 1 пс взаимодействуют с красителем иначе, необ ходимо учитывать колебательную релаксацию молекул, и поэтому возникает ограничение снизу.