Библиотека i

О П И С А Н И Е 337873ИЗОБРЕТЕН ИЯ боюз Соввтския Соииалистическив РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельстваКл. Н 01 з 3/00 Н 01 з 3/10 Заявлено 10.Х 1.1970 ( 148607026-25)с присоединением заявкиПриоритетОпубликовано 05,Ч.1972, БюллетеньДата опубликования описания 5,Ч 1.197 Комитет оо делам иаобретеиий и открытий ори Совете ввииистров СССР, И. Кравченко нститут физики А аинскои Заявител ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР ьсов, длительность иональна ширине секундных световых импу которых обратно пропор спектра генерации Ь,.В известных ОКГ, гене 5 световые импульсы, имеетчина Ь, (для рубина, на а для стекол, активир Ь,=100 см - . Кроме того пульсов ограничены инер О ных затворов, служащихротности резонатора. их короткие малая велиЬч,=10 см - ,неодимом, ельность имтью пассивуляции добрирующ место пример ованных длит ционнос для модрежиуляции ироване длиульсов ионный рое от- диспером пи ледуюатора: няю вух Изобретение относится к области оптической квантовой электроники и может быть использовано в наземной и космической связи, локации, лазерном телевидении, .нелинейной оптике, .физике высокотемпературной .плазмы и .при исследованиях вещества с помощью ,сверхкоротких световых импульсов.Известны оптические квантовые генераторы (ОКГ) с модулированным выходным излучением и устройства, служащие для амплитуд.ной и частотной модуляции. При этом частот:ная модуляция,(ЧМ) излучения, обеспечива:ющая наиболее высокое качество передачи .информации:и помехоустойчивость, в настоящее время осуществлена лишь для газовых ОКГ.Однако газовые ЧМ-источники, как правило, имеют низкую выходную мощность, а величина девиации частоты Ь 1 не превышает шага дискретности аксиальных мод оптического резонатора (Ь(100 - 200 мгц).Известны способы перестройки частоты генерации наиболее мощных современных ОКГ: твердотельных и жидкостных, Из них наиболее простым и эффективным является применение дисперсионных резонаторов. Такие резонаторы служат для статической перестройки частоты, либо для относительно медленного сканирования частоты в процессе генерации. Известно также, что в режиме самосинхронизации мод возможна генерация пикоВ предлагаемом ОКГ осуществление ма широкодиапазонной частотой мод лазеров на активированных конденс ных средах и дальнейшее сокращен тельности сверхкоротких световых им достигается за счет введения в дисперс оптический резонатор устройства, кото клоняет пучок излучения в плоскости сии с частотой, определяемой источник тания - модулятором и связанной с щим соотношением с размерами резон де 1 - частота модуляции,- скорость света в вакууме,Е - оптическая длина пути от откустройства до зеркала в обычномкальпом резонаторе, либо половина оптической длины кольцевого резонатора.Полученное ЧМ-излучение преобр азовывается в серию сверхкоротких импульсов с помощью внешнего дисперсионного сжимающего 5устройства. Большая девиация частоты и отсутствие пассивного затвора предопределяютмалую длительность сжатых импульсов,На фиг. 1 представлена схема ОКГ с двухзеркальным резонатором; на фпг, 2 - схема 10ОКГ с кольцевым резонатором; на фиг. 3 показано положение пучка, соответствующеегенерации частоты 1; на фиг. 4 - положениепучка, соответствующее генерации частоты .ОКГ (см. фиг. 1 и 2) состоит из активного 15тела 1, оптического резонатора, образованного зеркалами 2, дисперсионного элемента 3 иотклоняющего устройства 4, расположенногов резонаторе и соединенного с источником 5питания. Одно из зеркал резонатора выполнено полупрозрачным,(выходное зеркало); заним .помещено внешнее дисперсионное устройство 6, сжимающее ЧМ-сигналы 7, На выходе этого устройстваполучают сверхкороткие световые импульсы 8. 25В случае линейного резонатора (см. фиг, 1)отклоняющее устройство 4 расположено натаком расстоянии от зеркал, что оптическаядлина, пути от каждого зеркала до устройства 4 соответственно равна. 30В случае кольцевого резонатора (см. фиг.2)местоположение отклоняющего устройстваможет быть произвольным, а на выходе одновременно может быть получены ЧМ-излучение и сверхкороткие импульсы. 35В качестве активного тела 1 используютлюбые лазерные материалы, генерирующие вобычном оптическом резонаторе. Ими могутбыть, в частности, активированные кристаллы, стекла, органические красители, замороженные газы и т. п.Зеркалами 2 являются стандартные отражатели оптических резонаторов ОКГ. Вместоних могут быть использованы также призмыполного или частичного внутреннего отражения. Дисперсионным элементом д являютсядисперсионные призмы, интерферометры, дифракционные решетки (в том числе и голографические) и т. д., т. е. устройства, осущеставляющие пространственное разложение 50спектра излучения активного тела,Отклоняющими устройствами 4 могут быть,например электро- или магнитооптическиесистемы пространственного отклонения (сканирования) пучка. Закон отклонения задается источником 5 питания, В простейшем случае им является источник синусоидальногоили пилообразного напряжения, выход которого соединен с отклоняющим устройством 4.Заметим, что элементы 8 и 4 в принципе могут быть объединены, т. е. отклоняющее устройство может одновременно играть роль дисперсионного элемента.Для сжатия оптических импульсов (устройство б) может быть применена система пз65 двух дифракционных решеток, либо другое внешнее дисперсионное устройство с подходящей характеристикой дисперсии.При выключенном источнике 5 питания (или при постоянной величине питающего напряжения) в дисперсионном оптическом резонаторе возникает генерация на той частоте, излучение которой нормально к обоим зеркалам (см. фнг. 1), В случае кольцевого резонатора излучение происходит на частоте, соответствующей направлению оси резонатора.Поскольку устройство 4 может отклонять пучок в плоскости дисперсии, изменение амплитуды модулпрующего напряжения источника 5 питания приводит к изменению частоты генерации (см. фиг. 3 и 4). При этом возможна как статическая перестройка частоты в паузах между генерационными вспышками, так и динамическая - в процессе генерации. В последнем случае с повышением скорости перестройки (т. е. скорости отклонения пучка в плоскости дисперсии резонатора) условия генерации ухудшаются, так как формирование лавины фотонов каждого цвета происходит за более короткое время. При этом спектр генерации все более сужается. В результате генерации становится неперестраиваемой и в принципе должна сорваться,Однако можно осуществить режим, при котором развитие генерации на всех возможных для данного активного тела частотах будет происходить в условиях, не отличающихся от неперестраиваемого дисперсионного резонатора. Такой режим реализуется при пространственном сканировании разложенного в спектр пучка с периодом, равным времени пролета фотона по оптическому резонатору.Представим, что отклонение пучка происходит по пилообразному, закону, а фиг, 3 и 4 иллюстрируют две фазы пилы, соответствующие двум значениям амплитуды выхода модулятора. Нетрудно видеть, что при = -С 2 Ь отклоняющее устройство встречает отраженные от зеркал пучочки фотонов данного цвета всегда в одной и той же фазе. Таким образом, фотоны каждой частоты могут испытывать многократные отражения от зеркал без потерь на разъюстировку. Следовательно, генерация будет происходить последовательно на всех собственных частотах резонатора, заключенных внутри полосы люминесценции активного тела, причем добротность всех этих частот определяется только контуром полосы люминесценции.ОКГ работает следующим образом.С помощью источника накачки (любого типа) активное тело 1 переводится в возбужденное состояние. Его излучение раскладывается в спектр дисперсионным элементом, а устройство пространственного отклонения пучка делает резонатор настроенным после337873 В довательно на различные частоты внутри полосы излучения. Это приводит к модуляции2 Е частоты генерации с периодом Т= - .С Диапазон перестройки частоты в каждом цикле (девиация частоты) определяются шириной полосы люминесценции активного тела и уровнем накачки. ЧМ-излучение может быть непосредственно выведено из резонатора или через устройство оптического сжатия ЧМ импульсов, В последнем случае длительность сжатых импульсов определяется только величиной девиации частоты. Оценки показывают, что, с помощью предлагаемого устройства, на современных лазерных материалах возможно получение рекордно коротких световых импульсов 10-4 сек.Поскольку в описанном режиме не происходит потерь энергии, можно вычислить пиковую мощность каждого импульса. Пусть Е=100 дж, а общая длительность генерации Т,=1 мсек. Тогда, если время пролета по резонатору равно 10 нсек, общее количество импульсов равно 10 - 10-, т, е. 10". Энергия в каждом импульсе 10 -ож. Следовательно, пиковая мощность Р=10 -дж 10 - 4 сек=10" вт. Предмет изобретения 1, Оптический квантовый генератор, содержащий оптический резонатор, активное тело5 и дисперсионный элемент, отличающийся тем,что, с целью осуществления частотной модуляции выходного сигнала и получения сверхкоротких световых импульсов, в оптическомрезонаторе установлено устройство простран 10 ственного отклонения луча, например электрооптическое отклоняющее устройство, соединенное с источником модулирующего напряжения, например пилообразного, у которого период модуляции равен времени одно 15 кратного пролета фотона по резонатору, а завыходным зеркалом установлено устройствооптического сжатия импульсов во времени.2, Оптический квантовый генератор по п. 1,отлссчсиощийся тем, что, с,целью повышения20 величины девиации частоты в линейном резонаторе, устройство пространственного отклонения луча установлено в резонаторе такимобразом, что оптическая длина пути от каждого зеркала до устройства пространственно 25 го отклонения луча соответственно равны.3. Оптический квантовый генератор по п. 1,отличающийся тем, что устройство пространственного отклонения луча совмещено с зеркалом резонатора,337873 рцэр 4 Составитель И. СтаросельскаяА, Батыгин Техред Л. Богданова Корректор Л. Царьков Реда Типография, пр, Сапунова Заказ 1550/2 Изд,578 Тираж 448ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при СовМосква, Ж-З 5, Раушская наб д. 4/5 ПодписноМинистров СССР