Устройство для усиления оптических сигналов

й ОЯ 13 СОВРГЛ 1 М Гся 91 АПИС П 1 ЧЕГЛ И н РГГПУБ Пг 02844 А БО.,1)1 Н 01 5 3/10 ГОСЩЮС 1 ЕЕННЫй ЛС 1 ЛП 0113 ОБРЕТЕН 11 яМ г 1ПРИ ГКНТ ГССР тетРЫ Г 11 ялй АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ( 461 з 3 П 7, 93 Б 1 пл, РЦ 477 ММО 522) 29 1281 Э71) Институт гео нилли мир им В 11 Вернадсгго (72) 4 И.Мит 1 ош 11 н, 4 1 С К Исаев и В С 1"арпо тепьносги Цепь достигается за счет испопь зования устрой 1 ства дпя усипенця оптиче СКИ 1 н Сг 1 ГНаПОВ ВЛПЮЧаЮГЦЕГО ИСТОЧНг 1 Л 1 ОГЕРЕНТНОГО СВЕта, РЕЗОН МОР СОСТОЯ ЩИг 1 из пп 1 зсл 1 зго зерл,апа распоппейного пер пейд 11 лупярн 6 оптичесл Ой огц резонатора и зеро апа выпопненного в виде ппвер ности сегмента эппипсоцда вра 1 цения фон апьнаа Ось которогоСОВпадавт с Оптг 1 ысслОГ 1 ось 1 о резонатора причем фокусы эппипсоида на одятся на равны р 4 сгэоян 1111 по обе стороны от п 11 ослого зеркапа с цнверп 1 ро ванног 1 алти 1 эно 11 средой л 1 еду эер 1 апами В 11 энструкциа устрог 1 ства в 1 эдят тай ьс фо топриемник зпелтронная система Обработ ьи сцгнапа и приемная Оптгн-а содер 1 ащап лопьцевое сферичесгМ зерлапо распо поФеннтге й 6 периферии зерлапа выпопненного в виде п 1 эвернностг 1 сегмента эппипсоида врЗШения причем фон ус сферического зерл аМ со впадает с на Одящимся вне резонаттэра фси усом эерь,эя,э, выпопненното в виде повер.ности сепмента эппипсоида врэценг 1 я Ч ип И ЙНаПг 1 тИЧЕС 1 ОИ нцо АН СССРПоп г 1 щуг,56) Усплнов ЙД и др оптически попей в па Наука, 1983 с 110 - 190БерштеЧ 1 н И Л игт жение и измерение мап ний па эернбго изпученг Радиофизи,а, 3973, и 1 Методг г обработнерной лолацгв М епановД П Обнару ы н обратны отра л е я -Изв ВУ 3 ов, серф 4 С 1:"Ч 1 тЦь согпа- фь1 е Опти лвантово 11 слим усцпцэно дпя прцргетичео ипр 11 н 11 г 1 де" ус 11 питепе 11 явпяетГя нео СОвания вопновы фронтв чесгц С 11 гнапов 11 меющ высо ую простр энг тд 1 н ьогерентность:одимос и усипгн ,1 ОТНОГ 1 Ю И ВР 1 тепьно 1 ЕНН У 1 О НаибопееОсти г устрогения оптистроистпо ронаторнпгп11 а оптцч типо НЕбо ствн г Е 1- Ин т э О 1 О Гги Нв усц щви т 1 РО нгна Г 11 эл э 1 АВТОРООМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ 54) УСТРОЙСТВО ДПЙ УСИЛЕНИЯ 6 ПТЛ ЧЕСУИ СИГН 4 ООВ57) Изобретение относится к вантовой эпелтрониле, а глменно , оптг 1 чеслилл усг 1 пц тепям, и лложет быть глспопьз 1 эван 1 з дпя при ема, усипения и измерения знергет 11 чеглг 1И СПЕКтраПЬНЫК нар,ЭСТЕрг 1 Стг 1 Л ПрИНИМаЕ МОГО ОптИЧЕСЛОГО ИЗПУЧеНИЯ ЦеПЬЮ изобретения являетсп повышение чувствцИзобретение отноС 11 тся эпектроние а именно к оптич тепям и Моэег быть испопвзов ема, усипения и измергнця эн и спектрапьныкаралтер 11 сти иого оптичесЛого г 1 зпучен 11 яИзвестны р 1 эзп 11 чные типы усипитепегг Недостатл ом та и питепег 1 явпяеСя 1 этнпгцтпьн коэффг 1 цглент усипения Изв пинныг 1 метод усипениа сптнч пов Рсновг 1 ым недогта тиг 1 тл бт 1 ц 11 цм по те ничег 1 Ой су Щ гтв у п г 1 111 О Г 1 Г 1 г т е 111 ю д и а,ц- нега и: с 11 г 11 а ппп апп антса еапию 1.111 г 11 топ п 11 утрцрг пр 1 а 1 и-гп,г 11 вго изпу 1 1702844Устройство для онутриреэонаторногоусиления оптических сигналов включает в себя источник когерентйого света с резонатором, состоящим из плоского зеркала изеркала с криволинейной отражающей поверхностью с инвертированной активнойсредой между ними, фотоприемник, рэзме.щенный на оптической оси оне резонатора,и электронную систему обработки сигнала.Устройство эффективно работает как о оиримом, так и в инфракрасном диапазоне;с рНедостаткот 4 оттисываемого устрпйства:являетсяотносительно низкая чувствительность,Внутрирезонаторный прием слабогооптического сигнала осуществляется черезодно из зеркал резонатора лазера. Устройство содержит реэойатор и иноерти рооанную среду, т.е. рэботаютций лазер иприемопередающую оптику. Фотоп 6 и 1 мник 20 лазерного йзлуче 1 тия и электрониао исте- мУ выделения полезноо сигнала. При этомлазерное излучение,.отраженное или рассеянное от объекта, направляется ьтао жеМесто выходного зеркала, из которого выхо дило зондирующее лэзерйое излучение. Та часть излучения, которая подается обратнов лазерный резонатор, вызывает изменение частотно-временных характеристик излуче ния лазера, Модулированное излучениелаэера -принимается у другого зеркала резонатора на фотоприемник выход которого Соедийен с электронной системой обработки сигнала. При этом происходит как35амплитудная, так и частотная модуляциивыходного излучения. Рассмотрим амплитудную модуляцию; Перемейная компонента амплитуды а, возникающэя прИ воздействии на резонаторлазера принимаемого сигнала, находится "40из выраженияа - Ао соВ фо, 11)СЙТ2 Ер. 45й - доля излучения лазера, возвращенная йа поверхность выходного зеркала;Т - коэффициент и ропускания вы ходного зеркала;.1. - расстояние между зеркалами резонаторэ;йо - амплитуда поля на выходе резонатора при отсутствии внешнего воздействия;с - скорость светуЪ - фаза. зависящая от расстояния до 55объекта;р - коэффициент прочности предельного цикла, отражающий процессы в рассматриваемой эвтоколебатепьной системе(2) гдв 1 - длина активной среды;- мнимая часть восприимчивости активной среды,у 1 = ---ц Ле) ),2 лв 1Лв - ширина полось 1 резонатора;в- частота лазерного излучения;А" амплитуда поля внутри резонатора, Из выражения (1) видно,что перемен. нэя частьамплитуды зависит от гоэффициента пропускания выходного зеркала Т и сов уъ.Квадратичная зависимость переменной части амплитуды излучения лазера от козффи,1 энта пройускания отражает тот факт, что в Фоомуле (1) учитывается величина выхода зондирующего излучения и охода части рассеян " о излучения снова о резонатор. Поэт(жу, ег,и удастся увеличить ка.н"-либо образом коэФфициент пропускатия без иэмененйй условий возбуждения генерации лазера (без изменений величины порога генерации), то удастся увеличить переменную часть амплитуды генерации и снизить порог обнаружения слабых оптических сигналоо,Целью изобретения является повышение чувствительности,Цель достигается за счет использования устройства для усиления оптичеЬил сигналов, включающего источник когерентного света, резонатор, состоящий из плоского зеркала, расположенного перпендикулярно оптической оси резонатора, и зеркала, выйолненного в виде поверхности сегмента эллипсоида вращения, фокальная ось которого совпадает с оптической осью резонатора, причем фокусы эллипсоидэ находятся на равных расстояниях по обе стороны от плоского зеркалЭ с инвертированной активной средой между зеркалами. В конструкцию устройства входят также фотоприемник, размещенный на оптической оси вне резонатора, электронная система обработки,полезного сигнала и приемная оптика, содержащая кольцевое сферическое зеркало, рэсйоложенное по периферии зеркала, выполненного в виде поверхности сегмента эллипсоида вращения; причем Фокус сферического зеркала совпадает с находящимся вне резонатора фокусом зеркала, выполненного ввиде Ооверхностк сегмента зллипсоида вращения.Анализ технической и патентной литературы не выявил техническ г:.юе,плй обпадающих совокупностью существенных ную систему обработки, анализирующую.признаков, совпадающих с предложенным, его амплитудно-чя:тотные характеристики.что позволяет сделать вывод о соответствии " Регистрируемое излучение, содержэпредлагаемого технического решения кри- щее полезную информацию, принимаетсятерию ую "существенные отличия". 5 приемной оптикой 8, парэплепьйым пучком7,Осуществить внутрирезонаторный при- попадает на сферическое зеркалоем оптических сигналов путем ввода его ми-: опоясывающее эллйптическое зерэпомо зеркал оптического резонатора можно с 2. Отражаясь от сферического зеркала,к 6использованием лазера с неустойчивым ре- свет фокусируется в направлении фокуса. зонатором. Неустойчивые резонаторы явля эллиптического зеркала. Совпадающего сются классом резонаторов, в которых Фокусомсферическогоэеркэлэ. Напутипучположительная обратная сояэь Осущестэля-: . ка света стоит плоское зеркало 1, отражаясьется за счет некоторой части сечения пучка от которого прйнимаемый свет пройдет чегенерируемого излучения, Именно это и по- ". рез фокус 5, находящийся внутри резонатОзоопяет ввести в резонатор анализируемое 15 рэ. Последовательно отражаясь от зеркал 1излучение мимо его зеркала; .:и 2 резонатора, пучок исследуемого светаИзлучение, попадающее а лазерный ре- будет уменьшаться в Сечений и приближэтьзанатор, вызывает изменейие амплитудно- ся к оси розонатоорз,частотных характеристик излучения лазера, :В работе устройства можно выделитьМодулированное излучение лазера прини два случая,активный и пассивный, Свойствемается зэ другим зеркалом резонатора не- генерируемого изпученйя формируются впосредственно фотоприемником, выход С узкой активной зоне, вблизи оси резона.которого соединен с электронной системой" торэ, определяемой геометрическимиобработки сигнала и при помойи другого . Свойствами резонатора, о частности егоанализатора, например, спектрального прй уоеличениембора - аталона Фабре-Перо, . . ",-: :, р -- = - ":На чертеже представлена принципи-: 1 - Вф+эльная схема устройства для усиленрая ог 1 тических сигналов.Устройство для усилеения оптических ЭО где- рассетояййемежду зеркалами:сигналов состоит иэ лаэерэ, образованного .Й 1- радиус кривизны зеркала,резонатором из двух зеркал 3 и 2, активной:В случае полуэлиптического резонаторасреды 3, системы 4 накачки. Зеркало 2 пред-кривизна зллйптического зеркала меняется аставпяет собой сегментэллипсоида ора 1 це- . в разных точках поверхности. Спедооэтельния с фокусами 5 и 6. расепбложеннЫми 35 но,уаеличениерезоноэтораменяетсяйриот.внутри и вне резонатора соответственно. ступлении от егб оси.Это означает, что приЗеркало 1 плоское и распойожейо наполо- -приближении пучка света к оси площадь еговине расстояния между фокусами йерпен- " сечения умЕньшэется о М" раз нэ каждомдикулярно фокапьной оси, совпадающей с проходе. Бо столькоже раз увеличиваетсяоптической осью лазера и усилителя в це плотность мощности излучения в пучке,лом, Приемопередающая оптика напрааля- Следовательно, генерация о таком резонает свет на фрагмент сферическоегд зеркалЪ торе развивается преимущественно нэ оси7. оыпопненного о виде шарового пояса;. резонатора вдоль оси). Поэтому перифеФокус сферического зеркала совпадает Срййные части инвертированной активной .фокусом 6 эллиптического зеркала, т,е. с 45 среды не оказывают влияния на спектраль.фокусом, который находится ане резонато-но-временные характеристики вгеноерэциира. В качестве приемной оптики использу-и могут служить для усиленйя йсследуемогоется линза 8 с фокусом 9 в сочетании с оптического сигнала. Таким образом,пространственно-частотным фильтром 10, прежде, чем принймэемое излучение приобразующим пучки света П 1 и П 2. Дпя ре близится к оси реэойаторэ, оно усилисягистрации и обработкй выходного сигнала пропорциоенальйо числу проходов.лазера служит фотоприемник 1,1, соединен- .В качестве примера конкретной реалиный с электронной системой 12 обработки: зэции устройства приведем конструкциюполезного сигнала. .: :оптического внутрирезонэторного усилие 55 ля, активной средой которого являетсяУстройство работает следующим обра УАЙ + Йб . работающий на длине волнызом. После окпючения (начала генерации) 1,06 мкм, Выбор этого вещества обуслолленлазера, образованного активной средой 3 и возможностью создания достаточно минна.зеркалами 1 и 2, лазерное излучение через тарного устройства с высоким коэффипр пиЗЕраПО 2 ПОСтупаот На дЕтЕКтср И ЭЛЕтрОН. тОМ уСИЛЕНИя. КрИСтаЛЛ УА 6 а Мб Пли.ар,йказ 3086 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениюм и открытию 113035, Москва, Ж, Рауаскаю йаб 4/5оизводствеМо.издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул.Гага КНТ ССС 101