Лазер

(а) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ИЯ л. Мв 35изводстве нноеМартынов СН ъединение "Ори Свиридов АН . МСвязь,197 аль Бес ентного и СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР авторскому свидетельс(51) 6 Н 01 2 ния относится к приборам квантовой электроники, а точнее к оптическим передающим устройствам, и предназначено дпя использования в активных системах локации, Сущность изобретения: в устройство, содержащее активную среду, размещенную в открытом резонаторе, введены два .сферических зеркала одинакового радиуса кривизны которые вместе с зеркалом с управляемым коэффициентом отражения каждой его точки образуют линзовый волновод бегущей волны На. входе линзового волновода установлен оптически сопряженный с выходом открытого резонатора формирователь пространственных мод. 1 ипИзобретение относится к приборамквантовой электроники, в частности, к оптическим передающим устройствам с управлением положения оси диаграммынаправленности излучения и может использоваться в активных системах локации сэлектронным сканированием луча передатчика и с когерентным приемом оптическогосигнала.Целью изобретения является повышение стабильности оптической частоты и увеличение мощности излучения.Положительный эффект достигается впредлагаемом устройстве за счет того, чтозадающий генератор, образованный частьюактивной среды, заключенной внутри открытого резонатора, осуществляет генерацию стабилизированного по частотеодномодового излучения, которое преобразуется формирователем и ространственныхмод в многомодовое и поступает в линзовыйволновод бегущей волны, содержащий другую часть активной среды, выполняющийфункцию усиления лазерного излучения задающего генератора, при этом обеспечиваеся включение усиления только навыбранной воде, а на участок зеркала с управляемым коэффициентом отражения, соответствующий выбранной моде, падаетизлучение, соизмеримое с выходной мощностью излучения устройства. Другими слоями, плотность мощности излучения,падающего на участок с управляемым коэффициентом отражения, в предлагаемом устройстве в 1/1-йп 1 раэ меньше, чем впрототипе (при одинаковой выходной мощности обоих устройств). В результате открывается принципиальная возможностьполучать в предлагаемом устройстве выходную мощность в 1/1-йп раз большую, чем впрототипе; (Яп - коэфф. отражения выходного зеркала резонатора),Изобретение поясняется чертежом, накотором представлен вариант конструкциипредлагаемого устройства.Лазер содержит кювету 1 длиной 1 плоское частично-прозрачное зеркало 2, являющееся выходом открытого резонатора, и спомощью вспомогательных зеркал 3 и 4 оптически сопряженное с формирователемпространственных мод, выполненным в виде непрозрачной пластины 5 с М отверстиями, каждое из которых имеет площадьЗотв = к /4(О/А 1) (равную площади одноймоды), установленной в фокусе линзы 6 сфокусным расстоянием т, Формировательпространственных мод размещен на входелинзового волновода бегущей волны, состоящего иэ первоо 7 и второго 8 сферическихзеркал одинакового радиуса кривизны г ==24, а также сферического зеркала 9 того жерадиуса кривизны с электронным управлением коэффициентом отражения каждойточки его отражающей поверхности, раэме 5 щенного в отверстии, выполненном во втором сферическом зеркале 8; фокус первогосферического зеркала 7 находится на отражающей поверхности зеркала с управляемым коэффициентом отражения 9, фокус10 которого, как и фокус второго сферическогозеркала 8, находится на отражающей поверхности первого сферического зеркала 7,Плоский отражатель 10, размещенный нарасстоянии = г/2 от частично-прозрачного15 зеркала 2, формирует открытый резонатор,в котором размещена другая часть активнойсреды. Зеркало с управляемым коэффициентом отражения 9 находится внутри электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и представляет20 собой пленку двуокиси ванадия, нанесенную на германиевую подложку. На зеркалах7, 8, 9, образующих линзовый волновод,цифрами (начиная с 12) обозначены световые зоны - области пересечения лучей, про 25 ходящих через волновод, с отражающими. поверхностями зеркал. После усиления излучение покидает устройство через выходное отверстие 11.Устройство работает следующим обра 30 зом,Задающий квантовый генератор, образованный частью активной среды, заклю, ченной между плоскими зеркалами 2 и 10открытого резонатора (Фабри-Перо), осуще 35 ствляет генерацию стабилизированного почастоте одномодового излучения. Выходящее из генератора через частично-прозрачное зеркало 2 излучение направляетсязеркалами 3 и 4 на формирователь про 40 странственных мод, преобразующий одномодовое излучение задающего генератора вмногомодовое. После этого излучение поступает в линзовый волновод, образованный частью активной среды, заключенной45 между сферическими зеркалами 7, 8, 9 всветовую зону 12 на зеркале 8. Зеркалом 8каждая из пространственных мод излученияфокусируется в световой зоне 13 на отражающей поверхности зеркала 7. Отразившись50 от зеркала 7, излучение заполняет световуюзону 14 зеркала 8, с которого излучение направляется на зеркало 7 в световую зону 15,Зеркалом 7 каждая из пространственныхмод излучения фокусируется на зеркало 9,55 отразившись от которого, заполняет световую зону 17 на зеркале 7, Зеркалом 7 излучение направляется на зеркало 8 и т.д. дотех пор, пока не выйдет из устройства черезвыходное отверстие 11. Таким образом, осуществляется многократное прохождение1828 З 50в+4 и 1р и 6 е1выхвах пйпезг ния. Рвых 1- = - газ1-Ввых 2гп излучения через.усиливающую среду. При этом каждая из пространственных мод фокусируется в одну и ту же тачку иа зеркале 9 после каждого цикла ходов оптического излучения, равного шести проходам, Други- .5 ми словами, каждой пространственной моде излучения соответствует тачка на зеркале с управляемым коэффициентам отражения 9, в которой отражается только луч, соответствующий этой моде. Изменяя каэф фициент отражения поверхности зеркала 9, соответствующий выбранной моде, например, существенно увеличивая его по сравнению с коэффициентом отражения иа остальной поверхности зеркала 9, можно 15 увеличить интенсивность излучения, распространяющегося по аси только этой моды. Действительно, увеличив коэффициент отражения зеркала 9 в точке, соответствующей выбранной моде, путем, например, 20 кратковременного нагрева с помощью электронного луча до температуры фазового перехода, можно на короткое время изменить коэффициент отражения в этой точке, например, с Яып -0,1 до Явах = 0,4, чта вполне 25 достаточно, чтобы мощность излучения, распространяющегося по оси выбранной моды; превысила бы мощность излучения, распространяющегося в других модах, ви-а 30 с 0,41 е0,4 раэ, где и - число ходов излучезадающего генератора в валноводе. Произ водя последовательное облучение точек зеркала 9, соответствующих тай ипи иной моде, можно осуществить сканирование диаграммой направленности излучения, При этом скорость сканирования определяется 40 теплофизическими свойствами зеркала 9, мощностью электронного луча, временем его воздействия на обдну тачку и по оценкам может составлять 10 положений в секунду. Каждое переключение моды сопровождает ся случайным изменением фазы излучения при частоте переключений 10 /с. При этом максимальное уширение линии излучения не будет превышать 1 МГц, что является вполне приемлемым для решения бальшин ства задач. Формула изобретения ЛАЗЕР, содержащий два отражателя, 55 один из которых выполнен в виде зеркала с возможностью управления коэффициентом отражения каждой точки его отражающей поверхности, и активную среду, размещенную в открытом резоВыходную мощность излучения предлагаемого лазера можно приблизительна оценить с помощью следующего выражения: где Я - коэффициент отражения зеркал валиовада;Явах - коэффициент отражения участка зеркала с управляемым коэффициентом отракения, засвеченного электронным лучом;1. - длина кюветы;и - число проходов излучения в волноводе;а - показатель усиления активной среды;Рзг - мощность излучения задающего генератора.При этом плотность мощности излучения 01, падающего на засвеченный электронным лучом участок зеркала 9 площадью Я связана с выходной мощностью излучения лазера Раыхл отношениемРвых.1 = Р 1 ЯВ то же время выходная мощность излучения лазера, принятого за прототип, Рвых,2 и плотность мощности излучения р 2, падающего на зеркало 9, связаны зависимостью:Р .2=0-Я ) доТаким образом, при одинаковой тепловой нагрузке иа зеркало с управляемым коэффициентом отражения в предлагаемом устройстве и в устройстве-прототипе выходная мощность излучения в лазере предлагаемой конструкции превысит выходную мощность излучения устройства-прототипа в В принципе можно испольэовать для управления коэффициентом отражения не только электронный луч, но и лазерный луч, или иной вид излучения. на таре, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности оптической частоты и увеличения мощности излучения, в него введены дополнительный отражатель, оптически связанный с вторым отражателем с образованием открытого резонатора, и два сфериче1828350 Составитель О.ИсаеваТехред М,Моргентал дактор орректор М,Т Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 1321 роизводтвенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина ских зеркала одинакового радиуса кривизны г, расположенные на расстоянии4.- г 4. друг от друга и образующие.еместе с: зеркалом с управляемым ко, эффициентом отражения, выполненным 5.также сферическим с радиусом кривизны г, линзовый волновод бегущей волны с размещенной в нем активной средой, на входе которого установленоптический сопряженный с выходом открытого резонатора формирователь пространственных мод, выполненный в виде линзы с диаметром б и фокуснымрасстоянием , в фокусе которой разме щена изготовленная из непрозрачногоили лазерного излучения материала п ластина с М отверстиями площадьюка)2каждое, где 1 - длина волны лазерного излучения, М - число положений оси диаграммы направленности. причем зеркало с управляемым коэффициентом отражения установлено в отверстии, выполненном во втором сферическом зеркале, при этом фокус первого сферического зеркала расположен на отражающей поверхности зеркала с: управляемым коэффициентом отражения, . фокус которого, как и фокус второго сферического зеркала, расположен на отражающей поверхности. первого сферического зеркала.