Кольцевой лазер

А 1 1) Н 01 Б 3/08 БРЕТ я с ие сов излуче еменным ин сдвоенных пмпуль рестраиваемым вр между ними, возв установлен перпе нию на расстояни удовлетворяющем рвал ател тныи от ению с ф-. ( 2 лэ резонатора; коля изатос -чениемлинии лэ э з зеркало, р .ра, разряд питания эл возвратный занный че рооптичес лазера. В теля испол мы-крыши ( кого затвовел ментом.ками изв онным Недо ютсяазера явргия тног экая мощность ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБ 1 НИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ ОПИСАНИЕ Ин втаесюм 6 аапОъст(71) Институт электроники АН БССР (72) Б,Н. Тюшкевич.(56) Авторское свидетельство СССР В 819421, кл. Н 01 Б 3/082, 1979.Авторское свидетельство СССР У 764577, кл. Н 01 Я 3/083, 1978.(54)(57) КОЛЬЦЦВОЙ ЛАЗЕР, содержащий размещенные в резонаторе с возвратным и выходным отражателями активный элемент, электрооптический затвор, состоящий из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора, при этом возвратный отражатель установлен вне: резонатора и оптически связан с ним, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения мощности и энергии Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для создания мощных импульсных источников оптического излучения.Известен лазер, содержащий моноблочный электрооптический затвор с призмой-анализатором и соединенный с блоком питания; делительную пластинку; активный элемент и призму полного внутреннего отражения, последовательно расположенные на одной оси резонатора, образованного призмой полного внутреннего отражения и призмой-анали.,801 ОЗ 1392 ндикулярно к излучеи Б от анализатора,оптическая длинарасстояние между рром и анализатором;скорость света;интервал между генерируемымиимпульсами;время прохождения иэлупеременной оптическойзадержки, и в лазер введенапеременная линия задержки,установленная между анализатором и возвратным отражателем. лектрооптического затвора, СФР1асположенное вне резонато;ф ник, соединенный с блоком ектрооптического затвора;отражатель, оптически свяез призму-анализатор электого затвора с резонатором качестве выходного отражаьзована одна иэ граней приз- анализатора) электрооптичесра совместно с его модуля 1031392сдвоенных импульсов оптического излучения с перестраиваемым временным интервалом между ними и малый диапазонперестройки временного интервала меж,пу генерируемыми сдвоенными импульсами оптического излучения, Это вызвано тем, что с помощью призмы-крышиэлектрооптического затвора совместнос призмой полного внутреннего отражения накопленное в резонаторе излучение при выключении.электрооптического затвора расщепляется на два пучка плоскостью, перпендикулярной кторцу рубинового элемента. Одна изграней , призмы-крыши электрооптического затвора совместно с его модуляци-.онным элементом является выходным отражателем, через который выводится изрезонатора на выход в виде первого;тмпульса один из пучков излучения,Второй пучок через вторую грань призмыанализатора и модуляционный элементэлектрооптического затвора выводитсяиз резонатора в направлении возвратчого отражателя. Отразившись от возвратного отражателя, этот пучок опятьпопадает в резонатор и аналогичнопервому поступает на выход. В известном лазере поляризатором электрооптического затвора служит рубиновый элемент, являющийся анизотропным кристаллом и по этой причине обладающийплоскополяризованным излучением генерации, Рубиновый элемент, как поляризатор, в Формировании сдвоенных импульсов излучения, в Формировании временного интервала между ними, в выведении импульсов излучения и. резона. -тора в известном лазере не участвует. 40В известном. кольцевом лазере перестройка временного интервала междугенериоуемыми сдвоенными импульсамиоптического излучения осуществляетсяс помощью перемещения возвратного отражателя, В,этом случае для получения сдвоенных импульсов на выходелазера с временным интервалом, например, 6 10 " с, возвратный отражательнеобходимо удалить от оси резонаторауа расстояние до 100 м, что не реально при практическом использованииуказанных лазеров,Наиболее близким из известных является кольцевой лазер, содержащийразмещенные в резонаторе с возвратным и выходным. отражателями активныйэлемент, электрооптический затвор, сосостоящий из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора, Вкачестве выходного отражателя исполь-.зовано зеркало-расщепитель. Возвратный отражатель выполняет Функциюзеркала-подкачки, которое совместнос зеркалом-расщепителем образует пассивный вентиль для создания режимаоднонаправленнои генерации,Однако и этот кольцевой лазер непозволяет получать сдвоенные импульсыоптического излучения с перестраиваемым временным интервалом высокоймощности и энергии и увеличить,диапазон перестройки временного интерваламежду генерируемыми сдвоенными импульсами.Целью изобретения является увеличение мощности и энергии сдвоенных импульсов оптического излучения с перестраиваемым временным интервалом между ними.Поставленная цель достигается тем,что в кольцевом лазере, содержащемразмещенные в резонаторе с возвратным и выходным отражателями активныйэлемент, электрооптический затвор,состоящий из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора, приэтом возвратный отражатель установленвне резонатора и оптически связан сним, возвратный отражатель установлен на расстоянии Я от анализатора,удовлетворяющем соотношению: с й - 2 й - 1 - хЯ2где 1 - оптическая длина резонатора;х - оптическое расстояние междуполяризатором и анализаторомэлектрооптического затвора;с - скорость света;- временной интервал между генерируемыми импульсами;э - время прохождения излучениемпеременной оптической линиизадержки, и в лазер введенапеременная линия задержки,установленная между анализатором и возвратным отражателем.На чертеже изображен кольцевой лазер, содержащий отражатели 1, 2, 3, образующие резонатор, в котором расположены активный элемент 4 и электро- оптический затвор,5, состоящий из поляризатора 6, являющегося такжевыходным отражателем, модуляционного элемента 7 и анализатора 8, Вне резонатора на оптическом расстоянии Яот анализатора 8 установлен возвратный отражатель 9. Переменная оптическая линия 10 задержки установлена меж 5ду анализатором 8 и возвратным отражателем 9. Размеры. резонатора ивзаимное расположение оптическихэлементов связаны соотношением1 + х + 23 = с 1, что позволяет,10зная характерное время (1 З переменной линии 10 задержки, рассчитывать оптическую схему кольцевоголазера для требуемого временногоинтервала между генерируемыми сдвоенными импульсами.Коэффициент отражения отражателей1, 2, 3 близок к единице,Устройство представлено с полуволновым электрооптическим затвором 5,плоскости поляризации поляризатора6 и анализатора 8 в котором совпадают. Следует отметить, что поляризатори анализатор в устройстве взаимозаменяемы. Устройство может быть ; 25осуществлено и с другими конструкциями электрооптических затворов,.работающих как на проход, так и на отражение.КоэдхЪициент отражения возвратногоотражателя 9 близок к единице.Принцип работы устройства состоитв следующем.Устройство работает в режиме сдвоенных сверхкоротких импульсов оптического излучения с перестраиваемымвременным интервалом между ними, атакже в режиме сдвоенных импульсовнаносекундной длительности с узкимспектром излучения и перестраиваемым временным интервалом между ними.Режим сдвоенных сверхкороткихимпульсов оптического излучения сперестраиваемым временным интерваломмежду ними может быть осуществлен с 45использованием как активной, так ипассивной синхронизации мод. В первом случае в процессе накачки активного элемента 4 на электрооптический затвор 5 подают. сначала предварительный управляющий импульс напряжения, обеспечивающий увеличение доб,"ротиости резонатора до 20-60 Ж максимального значения,и модулируют предварительный управляющий импульс счастотой,:равной частотному интерва-лу между иодами кольцевого лазера.Большое время развития генерации наэтом этапе позволяет в неселективном резонаторе кольцевого лазера осуществить за счет резонансной модуляции добротности фазировку большого количества мод. Синхронизация мод в этом случае приводит к формированию в резонаторе кольцевого лазера сверхкороткого импульса. Затем в момент, соответствующий развитию генерации, .амплитуду управляющего импульса напряжения увеличивают до значения, соответствующего полному открыванию электрогптического затвора 5 и максимальному значению добротности резонатора, При этом в резонаторе кольцевого лазера происходит. резкое усиление. сверхкороткого импульса, который был сформирован в процессе медленного развития генерации. Поскольку в кольцевом лазере поляризатор 6, являющийся вы- ходным отражателем, и возвратный отражатель 9 не образуют невзаимный элемент для создания однонаправленной генерации, излучение в резонаторе лазера представляет практически два сверхкоротких импульса, распространяю-, щихся во взаимно противоположных направлениях. В момент, соответствующий максимуму плотности излучения резонатора, амплитуду управдяющего импульса напряжения изменяют до значения соответствующего полному закрытию электрооптического затвора 5 и минимальному значению добротности резонатора. Тем самым осуществляется выведение сформированных сверхкоротких импульсов нз резонатора кольцевого лазера, При этом первый сверхкороткий импульс, поступающий на электрооптический затвор 5 со стороны отражателя 2, проходит через айализатор 8 без изменения, затем при прохождении через модуляционный элемент 7 плос кость поляризации .его излучения поворачивается на 90 , и он выводится из резонатора через поляризатор 6. Второй сверхкороткий импульс, поступающий на электрооптический затвор 5 со стороны отражателя 1, проходит через поляризатор 6 без изменения, затем при прохождении модуляционного элемента 7 плоскость поляризации его из- . лучения поворачивается на 90 , анайиозатором 8 он выводится из резонатора, проходит через переменную оптическую линию 10 задержки, отразившись от возвратного отражателя 9, опять про- ходит через переменную оптическую линию 10 задержки, далее через ана 7 1031392 8лиэатор 8 снова поступает на модуляционный элемент 7, при прохождении которого плоскость поляризации второго сверхкороткого импульса поворачиваето 5 ся на 90 , он проходит без изменения через поляризатор б, отражается от отражателя 1, несколько усиливается при прохождении через активный элементотражается от отражателей 3,2,про ходит через анализатор 8, при прохождении через модуляционный элемент 7 плоскость его поляризации поворачивается на 90 , и поляризатором 6 оновыводится из резонатора кольцевого лазера через промежуток времени С =2 е + (1 + х + 2 Б)/с после первого сверхкороткого импульса. Лля Фазировки мод может; быть использовани любой другой активный модулятор потерь либо модулятор оптической длины резонатора. При пассивной синхронизации для Фазировки мод может быть использован насыщающий поглотитель, а выведение сФормированных сверхкоротких импульсов из резонатора осуществляется аналогично рассмотренному выше. Длительность сверхкоротких импульсов на выходе кольцевого лазера при рассмотренном режи- ЗО ме генерации определяется количеством сФазированных мод.В режиме сдвоенных импульсов нано. секундной длительности с узким спект-, ром излучения и перестраиваемым вре 35 менным интервалом между ними в процессе накачки активного элемента 4 на электрооптический затвор 5 подают сначала предварительный управляющий импульс напряжения, обеспечивающий увеличение добротности резонатора до 20-602 максимального значения. Большое время развития генерации на этом этапе позволяет в селективном резонаторе кольцевого лазера сФормировать узкополосное затравочное излучение. Затем в момент, соответствующий развитию генерации, амплитуду управляющего импульса напряжения увеличи 50 вают до значения, соответствующего полному открыванию электрооптического затвора 5 и максимальному значению добротности резонатора, При этом происходит резкое усиление узкополосного излучения, которое в связи с55 тем, что поляризатор 6, являющийся выходным отражателем, совместно с возвратным отражателем 9 не образует в кольцевом зазоре невзаимных элементов, распространяется в резонаторе в двух противоположных направлениях. В момент, соответствующий максимуму плотности излучения в резонаторе, амплитуду управляющего импульса напряжения изменяют до значения, соответствующего полному закрытию злектрооптического затвора 5 и минимальному значению добротности резонатора, Тем самым осуществляется выведение сФормированного излучения из резонатора кольцевого лазера аналогично режиму, рассмотренному выше, Предельная длительность импульса на выходе кольцевого лазера при данном режиме генерации определяется временем обхода излучения по резонатору, а предельно достижимая ширина спектра излучения соответствует соотношению неопределенности.Устройство может быть осуществлено и с другими конструкциями электрооптических затворов, а также с различными разновидностями кольцевых резонаторов.Максимальная мощность, которая может быть получена на выходе данного кольцевого лазера, определяется соотношениемйй а =Р,где 3 - плотность мощности;Й - диаметр активного элемента, т.е, по максимальной мощности выходного излучения генерируемых сдвоенных импульсов оптического излучения с перестраиваемым временным интервалом между ними кольцевой лазер в 2 раза превосходит прототип. При одинаковой длительности импульсов максимальная энергия генерируемых импульсов в данном кольцевом лазере также в 2 раза больше, чем в прототипе.Таким образом, данный кольцевой лазер позволяет в 2 раза увеличить мощность и энергию сдвоенных импульсов оптического излучения с перестраиваемым временным интервалом между ними и значительно расширить диапазон перестройки временного интервала между генерируемыми сдвоенными импульсами оптического излучения. Учитывая, что кольцевой лазер может работать как в режиме сдвоенных сверхкоротких им. К липенк то каз 7 одписное ир Н сударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС .113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 иэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 1 О пульсов оптического излучения с перестраиваемым временным. интервалом междуними, так и в режиме .сдвоенных импуль- "сов наносекундной длительности с узким спектром излучения и перестраивае-.мым временным интервалом между ними,рассмотренные выше преимущества значительно позволяют расширить областьего применения. 10 Редактор Т, Нарганова Техред А.Крав Данное устройство может быть широко использовано в.пикосекундной лазерной спектроскопии, в голографической интерферометрии, при голографи ческой съемке.быстропротекающих процессов парными импульсами, ь лазерных системах связи и в других областях в качестве источника мощных импульсов оптического излучения.