Способ создания собственной оптической бистабильности и бистабильная оптическая ячейка (ее варианты)

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 114 С 02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ СССРНРЫТИЙ О САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ КраснУССР 221,РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ордена Трудового ого Знамени институт физики АН(56) 1.С 1 ЬЬз Н. ег а 1. Коош-гетрегагцге ехсггоп 1 с орг 1 са 1 Ь 1 вгаЬ 11 гу 1 па СаАз СаА 1 Аз вцрег 1 асггсе ега 1 оАрр 1. РЬуз. 1,егг, ч, 41, И 3, р,1982.2. В 3 огЬо 1 ш 1. Орггса 1 ЬзгаЬ 1.11 гу Ьазес 1 оп зе 1 Е-Госцзз.п 8. - Орг 1 сз1,еТегз, ч. 6, Ы 7, р. 345-347, 1981(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ СОБСТВЕННОЙОПТИЧЕСКОЙ БИСТАБИЛЬНОСТИ И БИСТАБИЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА (ЕЕ ВАРИАНТЫ),(57) 1. Способ создания собственнойоптической бистабильности путем направления на нелинейную среду лазер 801182472 А ного пучка с гауссовым профилем распределения интенсивности излучения,апертурного ограничения прошедшегонелинейную среду пучка, формированияиз части его пучка излучения дляоптической обратной связи, последующего увеличения входной мощности лазера выше порогового значения самофокусировки и самодефокусировки внелинейной среде и дальнейшего планного уменьшения мощности, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюуменьшения затрат излучения пучкана создание бистабильного режима иповышения контраста переключения,пучок излучения для оптической обратной связи формируют в дальнейзоне пучка лазерного излучения, прошедшего нелинейную среду, из апертурно-ограниченных участков пучка, причемапертурное ограничение пучка осуществляют до уровня не менее 103мощности пучка.112, Бистабильная оптическая ячей-ка, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси нелинейный элемент и. зеркало обратной связи, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения пропускания ячейки, контраста переключения, повышения надежности, ресурса работы и упрощения ее конструкции, зеркало обратной связи выполнено сферическим, с радиусом кривизны Ргде Ы - диаметр пучка на выходе из нелинейного элемента; ,1 - длина волны излучения, имеет осевое отверстие диаметром Ьв , где а - диаметр72лазерного пучка на входе в нелинейный элемент, и установлено от нелинейного элемента на расстоянии, равном радиусу кривизны зеркала. 824723. Бистабильная оптическая ячейка, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси нелинейный элемент и зеркало обратнойсвязи, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью увеличения пропусканияячейки, контраста переключения, повышения надежности, ресурса работыи упрощения конструкции, зеркало обратной связи выполнено сферическим,с радиусом кривизны Я ) ,1 ггде И - диаметр пучка на выходе иэнелинейного элемента; 1 - длина волны излучения, имеет осевое отверстиедиаметром Т,5 оЬ1 а , гдер - диаметр лазерного пучка на входе в нелинейный элемент, и установлено от нелинейного элемента на расстоянии, равном радиусу кривизнызеркала, 1Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к нелинейной оптике, и может быть использовано для создания оптических переключателей - основных элементов интеграль ной оптики и оптоэлектроники,Известен способ создания собственной оптической бистабильности, заключающийся в пропускании лазерного пучка через оптический резонатор, 1 О содержащий нелинейную среду, последующем увеличении интенсивности пучка выше порогового значения, при котором изменение показателя преломления нелинейной среды вызывает 15 смещение резонансной частоты пропускания резонатора до появления скачка выходной интенсивности пучка, плавном ;меньшении входной интенсивности пучка до появления обратного скач- О ка его выходной интенсивности 1 1.Известно устройство для создания собственной оптической бистабильнос" ти, содержащее резонатор, образованный двумя зеркалами, и нелинейный 5 элемент расположенный внутри резона. тора 1Недостатками известного способа и устройства являются возможность осуществления бистабильного режима 2только для узкополосного стабилизированного по частоте излучения из-за резонансной характеристики резонатора, а также сравнительно невысокое быстродействие.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ создания собственной оптической бистабильности путем направления на нелинейную среду лазерного пучка с гауссовым профилем распределения интенсивности излучения, апертурного ограничения прошедшего нелинейную среду пучка, формирования из части его пучка излучения для оптической обратной связи, последующего увеличения выходной мощности лазера выше порогового значения самофокусировки или самодефокусировки в нелинейной среде и дальнейшего плавного уменьшения мощности 21. Наиболее близким к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является бистабильная оптическая ячейка, содержащая последовательно установленные вдоль оптической оси нелинейный элемент и зеркало обратной связи 21К недостаткам известного способа можно отнести высокие затраты излучения пучка на создание бистабильного режима и низкий контраст переключения, а недостатками устройства являются низкое пропускание ячейки, малый контраст переключения, низкая надежность, малый ресурс работы и сложность конструкции.Цель изобретения - уменьшение затрат излучения пучка на создание бистабильного режима и повьппение контраста переключения, а также увеличение пропускания ячейки, контраста переключения, повышение надежности, ресурса работы и упрощение конструкции бистабильной ячейки.Указанная цель достигается тем, что согласно способу создания собственной оптической бистабильности путем направления на нелинейную среду лазерного пучка с гауссовым профилем распределения интенсивности из" лучения, апертурного ограничения прошедшего нелинейную среду пучка, формирования из части его пучка излучения для оптической обратной связи, последующего увеличения входной мощности лазера вьппе порогового значения самофокусировки или самодефокусировки в нелинейной среде и дальнейшего плавного уменьшения мощности, пучок излучения для оптической обратной связи формируют в дальней зоне пучка лазерного излучения, прошедшего нелинейную среду, из апер. турно-ограниченных участков пучка, причем апертурное ограничение пучка осуществляют до уровня не менее 107мощности пучка.В бистабильной оптической ячейке, содержащей последовательно установленные вдоль оптической оси нелиней" ньпЪ элемент и зеркало обратной связи, зеркало обратной связи выполнено сферическим, с радиусом кривизрыф , где Ы - диаметр пучка на выходй из нелинейного элемента;длина волны излучения имеетЭ1 осевое отверстие с диаметром где а - диаметр лазерного пучка на входе в нелинейный элемент, и установлено от нелинейного элемента на расстоянии, равном радиусу кривизнызеркала, либо зеркало обратной связивыполнено сферическим, с радиусомкривизны 7 - - , где И - диаметр.12пучка на выходе из нелинейного эле 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мента; 3 - длина волны излучения,имеет осевое отверстие с диаметром5,и С Ьс 2 м, где ю - диаметр лазерного пучка на входе в нелинейныйэлемент, и установлено от нелинейногоэлемента на расстоянии, равном радиусу кривизны зеркала.На фиг.1 представлена схема бистабильной оптической ячейки; нафиг.2 - временные зависимости входного (м) и выходного (Ь) излучений;на фиг.З - зависимость интенсивности выходного сигнала от входной интенсивности (гистерезисная.петля),реализуемая в бистабильной ячейке.Бистабильная оптическая ячейка(фиг.1) состоит из лазера 1, нелинейного элемента 2, сферического зер"окала 3 с отверстием 4.Устройство работает следующимобразом,Излучение лазера 1 проходит нелинейный элемент 2 и, начиная с некоторой пороговой интенсивности, самодефокусируется, что приводит к увеличению размера пятна на зеркале 3 .и, следовательно, к возникновениюизлучения оптической обратной связи.При этом интенсивность света в нелинейном элементе 2 увеличивается,что приводит к еще большей дефокусировке и, следовательно, к дальнейшему возрастанию величины обратной свя"зи, а также к падению интенсивностивыходного сигнала. На фиг.2 е приведен графически временный ход лазерного излучения, на фиг.26 - выходного сигнала. Сильная обратная связьподдерживает самодефокусировку в нелинейном элементе даже при сниженииинтенсивности на входе в нелинейнуюсреду меньше пороговой интенсивности самодефокусировки, что и позволяет получить оптическую бистабильность (положения Э ина фиг. 2 6при входной интенсйвности 3 на ,фиг.2 в, т.е. два значения выходнойинтенсивности, соответствующие одному и тому же значению входной интен"сивности на переднем и заднем фронтах импульса). Зависимость выходнойинтенсивности от входной, демонстрирующая петлю гистерезиса (см.фиг.З),подтверждает бистабильный характерработы предлагаемого устройства.Бистабильная ячейка позволяет повысить отношение.йыходндй интенсивности к входйойв .0 раэ ("203) по сравр В. Гирняк едакто каз 6103/45 Тир Госудж 525рственного комитезобретений и открЖ, Раушская н о аб д.4/5 Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4 НЕН 11 д С 11 РОТ 1)ТИПОМ И УВЕЛИЧИТЬ КОНТраст переключения бистабильности до5 Теретический), что существенно по делам 113035, Москв в в.при изготовлении на базе бист бильи 1 хячеек элементов интегральной оптикии оптоэлектроники. Подпиа СССРТИЙ