Лазер

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Я 3/08 ГОСПАТЕНТ СССР) САНИЕ ИЗОБ О ТЕН ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 21) 2286332/2522 29.08.80(71) Опытное конструкторское бюро "Радуга"72) О. М. Бахтин, А. И, Куряпин, В. В. Мальцев, А, И, Труфанов и Е, И, Шапошников (56) Ананьев Ю. А., Оптические резонаторы и проблемы расходимости лазерного излучения, М,: 1979, с, 252Ананьев Ю. А. и др. Свойства неустойчивых резонаторов с вращением поля, Элементы теории. - Квантовая электроника, 6, % 9, 1979, с, 1871 - 1879, 1879 - 1885,Купернюк В. И. и др. Расчет зеркальной системы неустойчивого резонатора с вращением поля, - Квантовая электроника, 7,М 4, 1980, с. 787. Изобретение относится к лазернике, в частности к неустойчивым рерам оптических квантовых генеравращением поля,Целью изобретения являетсяние яркости пучка лазерного излучеСущность изобретения заключтом, что резонатор выполняется телческим при наличии вогнутогорасположенного с противоположнолому зеркалу стороны активной сразделения сферических зеркал ивых отражателей. При этом излученполно заполняет объем активнойвыходит из резонатора в виде паралго пучка,Для вращения иастигматизма сферическторе используются двугр ной техзо натоторов с оля и компенсации их зеркал в резонаанные (девяностогГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР увеличения,ается вескопизеркала,йвыпукреды, иуголкоие болеесреды илельно(54) ЛАЗЕР(57) Использование: квантовая электроника, мощные газовые лазеры, Сущность изобретения: лазер содержит активную среду, выпуклое и вогнутое зеркала, размещенные по обе стороны активной среды, Одно из зеркал или оба установлены наклонно к оптической оси. После наклонного зеркала по оптической оси установлен двугранный уголковый отражатель с ребром, ориентированным под углом л/4 относительно сагиттальной и меридианальной плоскости отраженного от зеркала осевого пучка. Лазер снабжен несколькими резонаторами с параллельными оптическими осями и взаимно перпендикулярными компактными апертурами, 1 з,п. ф-лы, 4 ил. радусные) уголковые отражатели, что позволяет эффективно компенсировать азимутальные неоднородности показателя преломления и коэффициента усиления активной среды. Выпуклое и вогнутое зеркало расположены по оси резонатора от уголка вых отражателей. Одно или оба зеркала рас- ф полагаются наклонно (под углом отличным АД от л/2 между поверхностью зеркала и осью а резонатора) по отношению к оси резонатора, Каждое наклонное зеркало расположено по оси резонатора между уголковым отра- ф жателем и другим зеркалом, т. е, после каждого наклонного зеркала по оси резонатора расположен двугранный уголковый отражатель. Ребро двугранного уголкового отражаеля, расположенного по оси резонатора осле наклонного зеркала, ориентирован опод углом д/4 относительно сигиттальной и меридиальной плоскости отраженного от этого зеркала осевого пучка, т, е, перпендикулярно оси резонатора и повернуто относительно плоскостей. Такая ориентация двугранного уголкового отражателя относительно зеркала, позволяет компенсировать астигматизм, идущего в обратную сторону от зеркала пучка, путем смены местами (поворота на девяносто градусов) сагиттальной и меридиальной плоскости после отражения пучка от двугранного уголкового отражателя и вторичного отражения его от наклонного зеркала.Взаимные развороты выпуклого и вогнутого зеркал, со своими уголковыми отражателями, вокруг центральной части оси резонатора (лежащей между выпуклым и вогнутым зеркалом) позволяют вращать поле в резонаторе на любой оптимальный угол. Фокусы оптических систем выпуклое зеркало - двугранный уголковый отражатель и вогнутое зеркало - двугранный угол. ковый отражатель, совпадают.Двугранный уголковый отражатель, расположенный по оси резонатора после наклонного зеркала, помещен с противоположной этому зеркалу стороны активной среды. Такое расположение отражателя позволяет уменьшить величину удельных неактивных потерь в резонаторе, возникающих за счет поглощения излучения на отражающих поверхностях. При этом полнее компенсируется астигматизм, так как в такой конструкции меньше угол паде ния пучка на наклонное сферическое зеркало, За счет увеличения числа проходов излучения по активной среде возрастает оптимальный коэффициент увеличения резонатора, т. е. уменьшается чувствительность резонатора к неоднородностям, улучшается расходимость, что наряду с увеличением энергетической эффективноСти, приводит к росту яркости излучения.Вывод излучения в виде параллельногопучка позволяет создать многосекционный резонатор, состоящий иэ нескольких резонаторов с параллельными осями выходяще-.го излучения.Использование многосекционного резонатора позволяет увеличить яркость излучения за счет уменьшения величины неоднородности активной среды в пределах каждой секции, т. е, уменьшения расходи- мости пучка. При наличии внешней формирующей оптики яркость излучения возрастает также за счет увеличения кратности телескопа, при тех же размерах обьектива, поскольку многосекционный резонатор с взаимно прилегающими компактными выходными аппертурами(т. е, приплотной группировке компактных выводовкаждой секции) позволяет получить болеекомпактный выходной пучок, чем односек 5 ционный резонатор.Компактный вывод излучения из резонатора осуществляется либо фигурной отражающей пластиной, расположенной внутрирезонатора, либо через фигурный вырез в"О выпуклом зеркале, Фигурный вырез производится в секторе с вершиной на оси резонатора (в проекции на плоскостьперпендикулярную оси) и углом сектора,равном углу вращения поля за один проход15 по резонатору. При этом остается невырезанной в секторе прилегающая к оси частьзеркала - выступ, а остальная часть зеркала,лежащая в секторе, удаляется, образуя компактную выходную аппертуру. Граница вы 20 ступа имеет форму, подобную формеграницы активной среды в этом секторе,Размер выступа в каждом радиальном направлении пропорционален размеру активной среды в секторе и определяется25 коэффициентом увеличения резонатора М.При кольцевом выводе (вращение поля на2 д), размер выступа (выпуклого зеркала)меньше размера активной среды в М раз,при вращении поля на л/2 и компактномвыводе размер выступа меньше размера активной среды в секторе в М раз, при вращении поля на л /2 и компактном выводеразмер выступа меньше размера активнойсреды в секторе в М раэ,На фиг, 1 изображен телескопическийрезонатор с вращением поля на 7 г, где а) -вид спереди; б) - вид сбоку; в) - сечениевыходящего пучка; на фиг, 2 - двухсекционный телескопический резонатор с вращени 4 О ем поля на л /2, где а) - вид спереди; б) -вид сверху; в) - сечение выходящего пучка;на фиг, 3 - четырехсекционный телескопический резонатор с вращением поля на л,где а) - вид спереди; б) - вид сверху; в) -45 сечение выходящего пучка; на фиг. 4 - четырехсекционный телескопический резонаторс вращением поля на л /2, где а) - видспереди; б) - вид сверху; в) - сечение выходящего пучка,На фиг, 1- 4 представлены конструкциирезонаторов с различными формами выходных аппертур, для прямоугольного сечейия.активной среды с вертикальной и горизой 55тальной осью симметрии и соотношениемсторон (в сечении) 1:2, т. е. раззмером ах 2 ахх 1, где а) - размер меньшей стороны;-длина активнои среды,На фиг. 1 изображен телескопическийрезонаторс вращением поля наг, содержащий выпуклое зеркало (1), вогнутое зеркало 2, уголковый отражатель 3 и компактную выходную аппертуру, Излучение выходит из резонатора через фигурный вырез (выходную аппертуру) в выпуклом зеркале, Выпуклое зеркало расположено перпендикулярно оптической оси резонатора, проходящей по центру активной среды. Вогнутое зеркало расположено под углом к оси резонатора, при этом ось резонатора, между вогнутым зеркалом и уголковым отражателем, составляет угол л /4 с вертикалью или горизонталью). Проекция ребра уголкового отражателя на вогнутое зеркало, по оси резонатора, на виде спереди, вертикальна. После отражения от вогнутого зеркала и уголкового отражателя правый пучок, падавший на зеркало, идет слева, а левый справа, т, е. пучок оборачивается вокруг вертикали, При генерации, часть идущего к выходной аппертуре пучка отражают от выступа выпуклого зеркала 4 назад, затем этот расходящийся пучок при отражениях на вогнутом зеркале и уголковом отражателе оборачивают вокруг вертикальной оси на противоположную выступу сторону выпуклого зеркала и коллимируют делают параллельным). После отражения от выпуклого зеркала пучок вторично расширяется, коллимируется и поворачивается вогнутым зеркалом и уголковым отражателем на сторону выступа, мимо которого и выходит из резонатора часть излучения. Сечение выходящего пучка при этом вписано в квадрат размером аха, Радиусы кривизны выпуклого и вогнутого зеркал соответственно составляют;21 бГ 2Вып М 1 1 ВОГнщ м М М где- расстояние между зеркалами резонатора; М - коэффициент увеличение резонатора,На, фиг. 2 изображен двухсекционный телескопический резонатор с вращением поля на л /2, содержащий в каждой секции выпуклое 1, вогнутое 2 зеркало, уголковый отражатель выпуклого зеркала 3, уголковый отражатель вогнутого зеркала 4 и компактную выходную аппертуру, Зеркала наклонены к оси резонатора под углом л/4, при этом ось резонатора между выпуклым зеркалом и его уголковым отражателем расположена вертикально, а между вогнутым зеркалом и его уголковым отражателем - пад углом л /4 к вертикали. Центральная часть оси между выпуклым и вогнутым зеркалом расположена горизонтально). Проекция ребра уголкового отражателя выпуклого зеркала 3, на поверхность выпуклого зеркала, расположена по диагонали зеркала, проходящей через выступ 5 и выходную аппертуру.5 Проекция ребра уголкового отражателявогнутого зеркала, на поверхность вогнутого зеркала, на виде спереди, расположена вертикально. При генерации часть излучения, идущего к выходной аппертуре, отра жают вцступом выпуклого зеркала вуголковый отражатель, где его оборачивают вокруг диагонали, проходящей через выступ; вторично отражают от выпуклого зеркала и расходящийся пучок направляют к 15 вогнутому зеркалу. Отражая от вогнутогозеркала и уголкового отражателя излучение оборачивают вокруг вертикали и коллимиру-.ют.При этом пучок, в виде квадрата увели ценного размера направляют на выпуклоезеркало с противоположной относительно вертикали стороны выступа (6). Совершив еще один проход по резонатору, пучок увеличивается и оказывается сверху 7, т. е. при 25 каждом проходе по резонатору пучок увеличивается и поворачивается на л/2 вокруг центральной части оси резонатора, пока не дойдет до выходной аппертуры, где часть пучка выходит из резонатора, а часть воз вращается назад.Сечение выходящего из двух секцийпучка вписано в прямоугольник с соотношением сторон 1; 2 и размером а/2 х а, Радиусы кривизны выпуклого и вогнутого зеркалба 21соответственно составляют: йцпб 2 М14 огн Мгде 1 - расстояние между зеркалами резона- тора, М - коэффициент увеличения резонатора.На фиг. 3 изображен.четырехсекционный телескопический резонатор с вращени ем поля нал, содержащий в каждой секциивыпуклое зеркало 1, вогнутое зеркало 2, уголковый отражатель выпуклого зеркала 3,уголковый отражатель вогнутого зеркала 4 икомпактную выходную аппертуру. В каждой 55 секции уголковые отражатели расположеныс противоположной своему зеркалу стороны активной среды. Ось резонатора целиком лежит в горизонтальной плоскости. Проекция ребра уголкового отражателя выпуклого зеркала, на выпуклое зеркало расположена по диагонали зеркала, проходящей черезвыступ. Проекция ребра уголкового отражателя вогнутого зеркала на вогнутое зеркало,Составитель М.Рева Тех ред М.Моргентал Корректор С.Пекарьч акт изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 1727 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5