Лазерное устройство для генерации ультракоротких импульсов

(1) 3 О)Оз сОВетскихОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ БЛИК ЕННОЕ ПАТЕНТНОЕСССР (ГОСПАТЕНТ СС ОСЬДАРС ЕДОМСТ пислник изокккткнии ВИДЕТЕЛЬСТВУ Е АВТОРС(71) Институтфизики АН БССР(72) Казак Н.С.; Путина АС; Миклавская ЕМНадененко АВПавленко В.К; Санников ЮА(54) ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ УЛЬТРАКОРОТКИХ ИЦПУЛЬСОВ(57) Изобретение относится к квантовой электронике и может использоваться при создании источников ультракоротких лазерных импульсов, в частности для кинетической лазерной спектроскопииособенно лри организации многоканальных измерений Цель изобретения - управление длительностью ультракоротких импульсов в ИК-областиспектра Для осуществления управления длительностью ультракоротких импульсов в ИК-области спектра в лазерной системе, содержащей задающий лазер с активным элементом 1, резонатор которого образован зеркалами 2 и 3, ислолняющий лазер с активным элементом 4, резонатор которого образован зеркалами 5 и 6, и элемент ввода излучения задающего лазера в исполняющий, выполненный в виде светоделителя 7, нелинейный кристалл 8 установлен.в резонаторе исткеняющего лазера на пути излучения задающего лазера так что оптическая ось исполняющего лазера совпадает с направлением в нелинейном кристалле 8, вдоль которого выполняется условие синхронизма преобразования частоты излучения задающего лазера в частоту излучения исполняющего. 1 илИзобретение относится к квантовой электронике и может использоваться при создании источников ультракоротких лазерйых импульсов, в частности, для кинетической лазерной спектроскопии, особенно при органиэации многоканальных измерений.Цель изобретения - управление длительности ультракоротких импульсов в ИК- облаСти спектра.На чертеже изображено предлагаемое лазерное устройство.Устройство содержит задающий лазер с активным элементом 1, резонатор которого образован зеркалами 2 и 3, исполняющий лазер с активным элементом 4, резонатор которого образован зеркалами 5, 6, и элемент ввода излучения задающего лазера в исполняющий, выполненный в виде свето- делителя 7, Нелинейный кристалл 8 установлен в резонаторе исполняющего лазера на пути излучения задающего лазера так, что оптическая ось исполняющего лазера совпадает с направлением в нелинейном кристалле 8, вдоль которого выполняется условие синхронизма преобразования частоты излучения задающего лазера в частоту излучения исполняющего,Предложенную лазерную систему можно усовершенствовать, образовав резонатор задающего лазера зеркалами 2 и 6 и разместив нелинейный кристалл 8 на общем участке резонаторов задающего и исполняющего лазеров, При этом плотность мощности излучения задающего лазера в нелинейном кристалле 8 увеличивается по сравнению с лазерной системой, показанной на чертеже. Следовательно, увеличивается отношение плотности мощности в сформировавшемся импульсе излучения исполняющего лазера к плотности мощности спонтанного шума, т,е, улучшается отношение сигнал/слум в выходном излучении лазерной системы. Кроме того, сокращается время формирования стационарной последовательности импульсов исполня(ощего лазера, по позволяет испольэовать исполняющий лазер с более коротким временем развития генерации Возможно также осуществление многоканальной лазерной системы путем введения дополнительных исполняющих лазеров, в резонаторах которых размещены элементы ввода излучения задающего лазера и нелинейные кристаллы, установленные так, что оптическая ось исполняющего лазера совпадает с направлением в нелинейном кристалле, вдоль которого выполняется условие синхронизации преобразования час(/, )2 т,50 где 1 и - ехр( - т 2/ЛЬ) - форма импульса2после усиления в активном элементе 4;А - полуширина импульса после усиления в активном элементе 4; тоты излучения задающего лазера в частотизлучения исполняющего лазера,Во всех вариантах выполнения лазерной системы длины резонаторов исполняющих лазеров равны или кратны длинерезонатора задающего лазера,Задающий и исполняющие лазерыснабжены устройствами накачки (на чертеже не показаны), Задающий лазер имеет1 О устройство для синхронизации мод (на чертеже не показано).Лазерная система работает следующимобразом,При накачке активного элемента 4 ис 15 полняющего лазера в его резонаторе начинает формироваться поле излучения сдлиной волны Яи, Излучение задающего лазера с длиной волны Лз, не попадающей вполосу усиления исполняющего лазера, ввиде непрерывной последовательности ультракоротких импульсов (УКИ) светоделителем 7 направляется в нелинейный кристалл8. При этом формирующееся излучение исполняющего лазера испытывает в нелинейном кристалле 8 периодическое усиление счастотой, равной частоте следован:1 я УКИ,генерируемых задающим лазером Посл:нескольких первых проходов через нелинейный кристалл 8 с модулированным усилением поле внутри резонатораисполняющего лазера приобретает формуГауссова импульса1 и(т): ехр(-т 2/йи ),где т - время;ЛЬ - полуширина импульса по уровн(с1/е,Импульс исполняющего лазера подвергается двум процессам; уширению из-за конечной ширины спектра усиления вактивном элементе и сжатию благодаря модуляции в нелинейном кристалле 8. Еслиимпульсы Ь(т), генерируемые задающим лазером, имеют Гауссову форму, то форма импульса исполняющего лазера послеусиления в активном элементе 4 и прохождения через нелинейный кристалл 8 имеетвид(Ьти) = Жи +Ь гнус где Ь вус - ши ина линии усиления;2 Го = аг 0 ) - инкремент усиления;згт- козффиц 2 иент нелинейной связи 0=512 л 2 д (Ли - Лз)/(пз с Яи Лз) , где д - эффективный нелинейный коэффициент,и - средний показатель преломления в нелинейном кристалле; - скорость света; - длина кристалла; з(0) пиковая плотность мощности из" лучения задающего лазера;Ьтз - полуширина импульса по уровню 1/е.После кругового обхода резонатора длительность импульса определяется из выракения где Ьь - полуширина импульса задающего лазера,Стационарная длительность импульса излучения исполняющего лазера равна Ь Ти.ст. = Длительность импульса исполняющего лазера через промежуток времени 1 от нача -а процесса формирования импульса Ь 1 и.ст.1.геЬа, Т = ереЬЖс Т Ьз 2 1/ГДс мл кругового обхода резонатора;- длина резонатора. За время Ь формируется ь.".,пульс длительностью Ьи = 1,1 Ьи.стт,е. ь можно рассматривать в качестве времени формирования импульса стационарной длительности. При акачке исполняющего лазера, близкой к пороговой, когда время развития генерации больше 1 о, к началу генерации успевает сформироваться стационарная последовательность УКИ длительностью Йи,ст., с частотой следования импульсов, равной или кратной частоте следования УКИ, генерируемых задающим лазером, и с длиной волны излучения Ли, не попадающей в полосу усиления задающего лазера.нкр их двух столбцах таблиц араметры Ьтст и 1 о пред Если время развития генерации меньше 1 о,то длительность импульсов, генерируемыхисполняющим лазером, определяется временем развития генераци. Управление5 длительностью УКИ осущестьляется за счетизменения мощности излучения задающеголазера и уровня накачки исполняющего лазера, Причем при увеличении мощностиУКИ задающего лазера гене ируемые е ис-10 полняющем лазере УКИ укорачиваются(см.таблицу).В многоканальном варианте исполняющие лазеры генерируют синхронизированные во времени последовательности УКИ,15 При этом длины волн генерации лазеровопределяются полосой усиления активныхэлементов исполняющих лазеров, а не полосой усиления задающего лазера, и могутзначительно отличаться одна от другой.20 Предложенная лазерная система для генерации У 1 Ж выполнена следующим образом,В качестве задающего лазера используется непрерывный лазер на красителе рода 25 мин Б Ж с синхронной накачкой аргоновымлазером, Параметгы задающего лазера:Лз = 0,6 мкм, ср. дняя мощность излучения250 МВт, ча .тата следования импульсов100 МГц (длина резонатора= 150 см), дли 30 тельность импульсов Ьт - 2 пс, диаметрпучка 2 5 мм. Пиковая плотность мощностиизлучения 3,(0) - 20 кВТ/см .Параметры предложенной л ззерной системы (длина волны Ли, длительность им 35 ПУЛЬСОВ Ь 1 ист., ВРЕМЯ фОРМИРОВаНИЯстационарной длительности то) при различных активных средах и режимах накачкиисполняющего лазера приведены в таблице.40 Расположение нелинейного кристалла8резо зторе исполняющего лазера, обеспочива ощее выполнение условия синхро.изма преобразования частоты излучениязадаю цего лазера в частоту излучения ыс 45 полня ощего лазера вдоль направления екристалле, совпадающего с оптическойосью резонатора, определяется угломОмежду оптической осью кристалла и оптической осью резонатОра. Во всех случаях50 нелинейный кристалл 8 длиной 1 см выполнен из ЫОз для евзаимодействия (е-поляризацию имеет излучение задающеголазера). Величина угла Одля всех типов лазеров приведена в таблице.55 Светоделитель 7 во всех случаях еыполен из германия с интерференционным поытием,В последн ыпредставлены п1574134 з(0) = э(0)/1-Рвых),Составитель Т. МоскалеваТехред М. Моргентал Корректор П, Гереши Редактор Т, Иванова Заказ 3469 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина 10 ложенной лазерной системы при размещении нелинейного кристалла 8 в резонаторезадающего лазера, Плотность мощности излучения в резонаторе задающего лазера Формула изобретения ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ УЛЬТРАКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ, содержащее задающий непрерывный лазер с синхронизированными модами, по крайней мере один исполняющий лазер и элемент ввода излучения задающего лазера, размещенный в резонаторе исполняющего лазеоа, отличающееся тем, что, с(56) Моэеэ Е.,ет а. Моде осбп 9 о 1 аэег оэсатопэ Ьу п)естоп осбпц. Аррео Роузсэецегэ, 1976. м, 28, Р 5, р, 258260.,)оп Я,К, Оепегатоп о 1 РпЬгоппге СВ/ 5 тгапэ. Арр, Ртузсэ, 1 ет 1978, ч.32, Ф 1, р41 - 44. целью управления длительностью ультра коротких импульсов в ИК-области спектра,исполняющий и задающий лазеры выполнены генерирующими на разных частотах, в резонаторе исполняющего лазера на пути излучения задающего лазера установ лен нелинейный кристалл так, чтооптическая ось исполняющего лазера совпадает с направлением синхрониэма е нелинейном кристалле.