Способ разделения встречных волн в кольцевом лазере

(51)4 Н 01 3 3/083. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН БССР(54) (57) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВСТРЕЧНЫХВОЛН В КОЛЬЦЕВОИ ЛАЗЕРЕ с циркулярно-анизотропным резонатором, включающий наложение на активную средупродольного магнитного поля и осуществление режима генерации встречных волн на разных б -компонентахлинии усиления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшениявзаимодействия встречных волн, покрайней мере на два соседних участка активного элемента накладываютпродольные магнитные поля, противоположные по знаку, с напряженностями,при которых расщепление частот между б -компонентами превышает частотную область генерации на каждойиз нихИзобретение относится к областиквантовой электроники, а именно кспособам разделения встречных волнв кольцевом лазере. Оно может бытьиспользовано для измерения угловыхперемещений и других эффектов, приводящих к частотной невзаимностивстречных волн в кольцевом лазере.Известен способ разделения путемразнесения частот встречных волн. 10Недостатком данного способа разделения встречных нолн является то,что он не устраняет, а только частично уменьшает взаимодействиевстречных волн через активную среду, 15Известен способ разделения встречных ноля в кольцевом лазере с циркулярно анизотронным резонатором,включающим наложение на активнуюсреду продольного магнитного поля и 20осуществление режима генерациивстречных волн на разных б -компонентах линии усиления.Этот способ уменьшает взаимодействие встречных волн за счет 25их разделения как по поляризации,так и по частоте.Недостатком данного способа является то, что он также не позволяетполностью устранить взаимодействиевстречных волн через активную среду, а только уменьшает его. Действительно, в известном способе генерация во встречных направленияхосуществляется на одной и той жепродольной моде. Поэтому величиназееманонского расщепления междуб-компонентами линии усиления меньшечастотной области генерации накаждой из них и взаимодействие . 40встречных волн происходит из-за большой связи между б -компонентами.Эту связь можно уменьшить за счетувеличения зеемановского расщепления. Но, поскольку встречные волныусиливаются разными б -компонентами, создание зеемановского расщепления до нелччин, превышающих частотную область генерации, приводитлибо к подавлению генерации излучения в одном из направлений, либок возникновению режима генерации разных для встречных направлений продольных мод. Первое исключает возможность использования кольцевого 55лазера для прецизионных измерений,а второе значительно затрудняет. проведение таких измерений,Целью изобретения является умень.шение взаимодействия встречных волн.Цель достигается тем, что в кольцевом лазере по крайней мере на двасоседних участка активного элемента накладывают продольные магнитныеполя, противоположные по знаку, снапряженностями, при которых расщепление частот между 1 -компонентамипревышает частотную область генерации на каждой из них,На фиг.1 схематически показаноустройство для реализации предлагае"мого способа.Устройство содержит зеркала 1-4кольцевого резонатора и элемент 5,обладающий естественным круговымдихронизмом, В качестве него можно,в частности, испольэовать устройство, состоящее из двух скрещенныхчетвертьволновых пластинок, междукоторыми расположен линейный амплитудный поляризатор, главное направоление которого составляет углы45с направлениями осей четвертьволновых пластинок. Активные элементы 6и 7 изотропны по поляризации. Вкачестве них можно использовать газоразрядные трубки, герметизированные просветленными окнами, Активныеэлементы помещены в продольные маг"нитные поля, которые обозначеныстрелками и буквами Н, При использовании моноблочной конструкции лазера с внутренними зеркалами активные элементы как отдельные узлымогут отсутствоватьМагнитные поляв этом случае накладываются на рав"ные участки канала, просверленногои моноблоке и заполненного активнойсредой.Работа лазера, иллюстрирующаяреализацию способа, показана нафиг, 2 и 3, где 1 - оптическая частота, 1- частоты трех соседнихпродольнйх мод излучения, распространяющегося по (+) и против (-) часовой стрелки; Ь р - межмодоное рассто 1яние, д ьд и д и, о - левая и праваяб-компоненты контуров усиленияактивных элементов 6 (фиг.2) и 7(фиг,3) соответственно, О- расщепления частот между-компонентами на двух активных элементах,вызванные эффектом Зеемана, П-уровеньпотерь. Элемент, обладающий естественным круговым дихроизмом, создаетн резонаторе лазера два уровня потерьравной величины для излучения,поляризованного по правому и левомукругу. Уровни потерь для правой илевой круговых поляризаций волныв одном из направлений распространения совпадают с уровнями потерь длялевой и правой круговых поляризаций (в системе координат, связаннойс первой волной) соответственно вовстречном направлении распространения. Элемент 5 выбран таким, чтобыуровень потерь был меньше коэффициента усиления на каждом активномэлементе только для волны с однойкруговой поляризацией (левой дляволны, направленной по часовойстрелке). Этот уровень потерь показан на фиг,2.Таким образом, при включении только одного активного элемента б внаправлении по часовой стрелке генерация осуществляется на волке, поляризованной по левому кругу, а вовстречном направлении - на волке,поляризованной по правому кругу.При:помещении." этого активного эле"мента в продольное магнитное полеконтур линии усиления расщепляетсяв силу эффекта Зеемана на двеб -компоненты с разными круговыми поляризациями. При увеличении магнитногополя до величин, когда расщеплениемежду б -компонентами превышаетчастотную область генерации на каждой из них, и возбужцение продольноймоды с частотой Э, поляризованнойпо левому кругу, наблюдается либооднонаправленное излучение, когдачастоты соседних продольных мод непопадают в частотную область гене.Я 1рации на компоненте о либо гене"врация осуществляется на разных длявстречных направлений продольных модах с разными круговыми поляризациями в зависимости от величиныполя (см, фиг.2),Если включается второй активный элемент 7 и помещается в магнитное поле, противоположное по знаку магнитному полю на первом активном11элементе, смещение о"компонент контура линии усиления этого актив" ного элемента противоположно направ 3лению смещения 0 д -компонент.1Поэтому при использовании только этого активного элемента и величине магнитного поля, когда зеемав новское расщепление между м-ком 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 понентами превышает частотную область генерации на каждой из них, можно в зависимости от величиныполя наблюдать режимы генерации,аналогичные тем, которые наблюдаются при использовании активногоэлемента 6 (см.фиг,З). Отличиездесь в том, что при использовании магнитного поля на активном элементе 7, соизмеримо по абсолютнойвеличине с полем на элементе 6,когда частотные области генерации на , -компонентах перекрываютсяФМс областями генерации на Д-компонентах соответственно, продольные моды с одними и теми же аксиальными индексами будут усиливаться разными при использовании разных активных элементов-компонентами. Следовательно, при использовании двух активных элементов одновременно наблюдается режим генерации, когда встречные типа колебаний с одинаковыми аксиальными индексами возбуждаются разными активными элементами. В частности, если резонатор настроен так, что в частотныеИобласти генерации на б.-компонентах попадает только одна продольная мода (на фиг, 2 и 3 сплошные вертикальные линии), в каждом направлении распространения наблюдается одномодовый режим генерации. Измерение частотной независимости можно осуществлять по определению разности частот 1- и Ф, В этом режиме генерации встречные волны имеют ортогональные круговые поляризации и усиливаются разными активными элементами. Если усиливающие среды в этих активных элементах создают разные для встречных на- правлениИ набеги фаз, имеет место и частотное разделение встречных волн. Это достигается за счет разбалансировки абсолютных величин магнитных полей на активных элементах, использования активных элементов с разными коэффициентами усиления или разными формами контура усиления.В том случае если между двумя активными элементами расположена полуволновая пластинка (либо активные элементы помещены в разные промежутки резонатора, а между этими элементами находится нечетное .количество зеркал), необходимо ис,Пали хр рректо аказ 7022/2 Тираж 637 Подпис ВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открыти 035, Москва, Ж, Раушская наб. е С ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,4 пользовать магнитные поля, направленные в одну и ту же на обоих элементах сторону, так как при прохождении излучения через полуволновуюпластинку (отражении от нечетногоколичества зеркал) левая круговаяполяризация волны преобразовываетсяв правую, а правая - в левую. Такое разделение встречных волн можно осуществить и при использовании большого количества активных элементов, накладывая на них продольные магнитные поля соответствующих направлений и величин.Таким образом, предложенный способ позволяет осуществить разделение встречных волн по поляризациям и частотам, Кроме того, осуществляется режим генерации, когда встречные волны усиливаются разными активными элементами. Это позволяет полностью исключить взаимодействие встречных волн через активную среду, что является существенным преиму ществом предлагаемого способа посравнению с известными. При использовании кольцевого лазера, встречные волны которых разделены предложенным способом, для измерения эффек тов, приводящих к частотной невзаимности встречных волн, можно увели" чить точность измерения в полтора-два раза.