Устройство для фазовой синхронизации излучения активных элементов многолучевого лазера

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНА ВТОРСКОМ,/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ агдопа со"а ярагдачдгу. -Ь-вр егв.О,НХРОНИ- НТОВ ДЛЯ ФААКТИВНЗЕРА ек и. я к кванто тиос може 1 ть испольквантовоипользовано кр именяемых птической ние кон о на рассто строиство,стема с ичени равным един кому зеркалу, е, эквива- асположенн периодиче ентов ) с лентна пло му на расс от активны активных элд между их кого набо расстояни осями и у оптическими Г2 зкь = Н зисными веккого набора,ый. Сообщам расстоянием ом Ю между бпериодичеор двумерс фокусн элементов мно Н - расстояни о линзы,олучевог орами 3 дсли такой набщаяся линза 2 лазера, г элементов активных ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) КедЪег К.Н. ег а 11. ОреоЕ дпддчддца 1 ддоде 1 аяегв азЬегепг епяешЪ 1 е сопгго 11 ед Ьуа 1 Гд 1 гег чдгЬдп ап ехсегпа 1Арр 1.Раув. Ьеггегв, 1985, ч.4У 2, р. 133-135.Апдегвоп К.К. ес а 11. Нд 8га 1-рцгдгу см апд рц 1 ве оцсрцепвевЬ 1 е ой ддвсгеге ддоде 1 аАрр 1. РЬуя. Ьеггегв, 1987, ч.1, р.-3.(54) УСТРОИСТВО ЗОВОЙ СЗАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЫХ ЭЛЕМЕМНОГОЛУЧЕВОГО ЛА(57) Изобретение о итсвой электронике и т бь Изобретение относитс электронике и может быт в многолучевых лазерах,для обработки материаловсвязи и локации.Цель изобретения - упрукции и повышение надежНа фиг.1 и 2 показановарианты,Устройство состоит из 80151708 зовано в многолучевых лазерах дляобработки материалов, оптическойсвязи и локации. Целью изобретенияявляется упрощение конструкции иповышение надежности генерациимноголучевого лазера в синхронизованном режиме. Устройство содержитрасположенные на оптической оси собирающую линзу, вогнутое зеркало ипространственный фильтр излучения.Взаимное расположение активных элементов, собирающей линзы и вогнутогозеркала обеспечивает отсутствие внутрирезонаторных потерь независимогоизлучения. Пространственный фкпьтрустанавливается в плоскости наиболеесильного различия в распределенииинтенсивности независимого и когерентного излучения, благодаря чему селтируется режим фазовой синхрониэаци2 з.п. ф-лы, 2 ил вогнутое зеркало 3 с радиусом изны К образуют телескопическую ему с увеличением, равным едини Для этого линза 2 расположена н асстоянии й(- + 1) от активных элемеК тов, а зеркало расноложнии (1+К) от линзы.Такая телескопическаТаким обра:ом, если расстояциотактивых элементов л 1 линзы рз;оН = Г(- + 1), т.е, 2 = О, такая теле 5скопичская система эквивалентна плоск 11 у зеркалу, расположенному вплотную к активным элементам, Следовательо, замена общего плоского зеркала, расположенного вплотную к активным элегде 1 - длина волць излучения, 11 целое число, распределение интенсивности когерентного излучения в этой плоскости будет точно воспроизводить 4 С поле излучения на торцах активных элементов. Следовательно, пространственный фильтр 4, установленный линзой 2 и активными элементами 1 (фиг,1) на расстоянии Ь,ЙИ от активных элементов, сильно 45 поглощает независимое излучениеи хорошо пропускает когерентное.Таким образом, являясь внутрирезона 5 С торным элементом, пространственный фильтр представляет эффективный селектор когерентного режима генерации.ЕБ случае, когда 1., 7 Г(- + 1)15 т.е, расстояние от активных элементов до плоскости расположения пространственного фп Нтр:. З 1;ьпе расстояния (1 т ктивн)х .1.ментОВ до линзы 1 про мтам, ца телескопическую систему (фиг.1 и 2), це приводит к падецию выходной мощности многолучевого лазера н независимом режиме, но дает возможность помещать вцутрирезонаторцые 15 элементы, Между активными элементами и вогнутым зеркалом расположен пространственный фильтр 4, пропускаНе которого соответствует распределению интенсивности к 1 герецтного излучения,11 ространственный фильтр 4 н случае одномерного набора активных элементов представляющий собой совокупц 1 сть параллельных щелей, расположенных перпендикулярно плоскости, в которой гежат оси оптических элементов, распо. лагается в той плоскости, где существует резкое отличие в пространственг ном распределении интенсивностей когерентного и независимого излучения многолучевого лазера, Периодические когерентные поля обладают свойством воспроизведения в свободном пространстве, Это означает, что на расстоянииС 1 2Ь =И от активцых элементов, 35Л срцстнццый фильтр нахопит.я за лин 1 ой (11 и 1) а расстояцнц ЬгГ (-+Ь - Г(- + 1)ЕЕсли при установке пространственногс фцльтра между активными элементамии лицзс 1 (фиг. 1) период расположения,составляющих его щелей равен й, то вслучае его нахождения за линзой(фиг.2) эт 1 т период равен1 +1. - й( - + 1)КСовершенно аналогичные рассуждения справедливы.и при синхронизации излучия ;ктивных элементов многолучевого лазера, оптические оси котсрьх параллельны и образуют в сечении двумерную периодическую структуру. В1 с 1, с 1в 1.п Ч данной ситуации Ь БЯв соответствии с ранее введенными обозцачиями, а пространственный фильтр представляет собой экран с отверстиями, форма и расположение кото" рых соответствует исходной периодической структуре светового поля.Устройство работает следующим образом,Излучение каждого активного элемента 1 (фиг,1 и 2) проходит через собирающую линзу 2, отражается от вогнутого зеркала 3, вновь проходит через линзу 2 и попадает обратно в активные элементы 1 строго по их оптическим осям. В силу эквивалентности данной телескопической системы общему плоскому зеркалу, расположенному вплотную к активным элементам, при отсутствии в резонаторе пространственного фильтра 4 происходит независимая генерация всех активных элементов 1 многолучевого лазера. При помещении пространственного фильтра 4 из-за рез. кого отличия распределения интенсивностей когерентного и независимого излучений в плоскости воспроизведения периодических когерентных полей происходит сильное поглощение 1 независимого излучения и хорошее пропускание когерентного. Таким образом, являясь вцутрирезонаторнь 1 м селектором, пространственный фильтр 4 осуществляст выделение когерентного излучения или Фазовую синхронизацию излучения всех активных элементов многолучевого лазера.Кроме того, устройство в силу зависимости величин Е, и 1. от длины волны излученияпозволяет перестраивать длину волны генерируемого излучения в пределах полосы усиления активной среды.В случае отличия значения расстояния между активными элементами 1 иЕ линзой 2 от величины Г(- + 1) и значеК 5 ния расстояния между линзой 2 и зеркалом 3 от величины (К + й) телескопическая система перестает быть эквивалентной плоскому зеркалу, расположенному вплотную к активным элементам, 20 что должно приводить к появлению внутрирезонаторных потерь как независимого так и когерентного излучения каждого активного элемента,25В случае невыполнения условия .,с 1,1 101 вдп м Г 11 или Е Г(- +КГ +1)+Е 1+в плос 1 - Е(- + 1)Г кости установки пространственного фильтра распределение интенсивности когерентного излучения многолучевого лазера не будет точно соответствовать исходному распределению интенсивности излучения на торцах активных элементов, что приведет к появлению внутрирезонаторных потерь когерентного излу. чения. 40Примером конкретного выполнения может служить устройство, осуществляющее фазовую синхронизацию излучения 61 активного элемента газоразрядного многолучевого лазера, расположенных в узлах двумерной треугольной периодической решетки с периодом Й0,85 см. Длина волны излучения - 10 мкм. Для демонстрации работы устройства не ставилась задача максимального сокращения его габаритных размеров. Исследовались схемы как с положением пространственного фильтра ,4 между активными элементамии собирающей линзой 2 (Фиг.1), так и внутри телескопа (Фиг,2). Телескоп образован линзой с Фокусным расстоянием Г2,15 м и зеркалом с радиусом кривизны К0,8 м. Расстояние от линзы до активных элементов составГляет при этом Г(- + 1) " 7,9 м. Приисследовании одномерного набора девятиактивных элементов до пространствен 1ного фильтра составляет ЕЛ- 6,8 м,Прстранственный фильтр представляет собой набор параллельных щелей с периодом д0,85 см. При использовании двумерного набора из 61 активного элемента расстояние Е, составлявп60 Г ет ввО 2 м ) Г(- + 1)ЛФК7,9 м, поэтому пространственный фильтр расположен на расстоянии ЕГ ГГ(-+1) +К ГЮ1, - Е(Г/К + 1)9 м от активных элементов. Пространственный фильтр в этом случае представляет собой набор отверстий образующих периодическую треугольную структуру с периодом Й 11" 0,41 см.1 +1В обеих схемах эксперимента при наличии в резонаторе пространственного фильтра наблюдается устойчивый когерентный режим работы, независимый режим отсутствует. Без проведения оптимизации пространственного фильтра мощность когерентной генерации составляет 803 от мощности независимого режимаПутем изменения расстояний Е 1 и Ь осуществляют перестройку рлины волны излучения.Использование предлагаемого устройства обеспечивает снижение стоимости конструкции и повышение надежности работы иэ-за меньшего количества юстируемых оптических элементов, более низкого значения интенсивностиизлучения в плоскости установки пространственного Фильтра, менее жестких требований к точности изготовления и установки последнего.Формула изобретения1. Устройство для Фазовой синхронизации излучения активных элементов многолучевого лазера, оптические+е еЕЬ - Е(- + 1)1 Составитель В.Сасовактор А.Мотыль Техред Л.Сердюкова орректор М.Шарош Заказ 6397/54ВНИИПИ Госуда Тираж 616венного комитета по иэобр113035, Москва, Ж, Рауш писное Т СС ениям и открытиямкая наб., д. 4/5 01 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гага оси которых параллельны и образуют в сечении периодическую структуру,.содержащее расположенные на оптичес.кой оси собирающую линзу с фокусным расстоянием Г, установленное эа ней по ходу излучения зеркало и пространственный фильтр, пропускание которого соответствует распределению интенсивного когерентного излучения, о т л и -10 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, указанное зеркало выполнено вогнутым, причем расстояние от активных элементов до линзы определяГется соотношением Й(- + 1), от линзы до зеркала соотношением (К + Е), где К - радиус кривизны. зеркала, при этом пространственный фильтр расположен 20 на расстоянии меньшем Г(- + 2), от1Кактивных элементов.. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что пространственный фильтр установлен между линзой и активными элементами и отстоит от них на расстоянии Ь равном1 с 1, 1 1 с 1в п чЛ-1 -Фгде д д- базисные векторы периодической структуры; - угол между ними; 1 - длина волны иэлучения;11 - целое число,3. Устройство по п.1, о т л и ч а- = ю щ е е с я тем, что пространственный фильтр установлен между линзой и зеркалом и отстоит от активных элементов на расстоянии Ь, равном