Сканирующий лазер

Е ИЗ Комитет Российской Федерации по ватентам и товарным знакам(У 1) Серпуховское высшее военное командно-ин -женерное училище ракетных войск(УЗ) Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск(57) Использование: изобретение относится к квантово-электронным приборам и решает задачуформирования многолучевого лазерного излученияе управляемыми пространственными и энергетическими характеристиками. Сущность изобретения со - стоит в том. что в электронно-лучевой пространственный модулятор введен и электронных прожекторов со своими схемами управления, что позволило при одновременном облучали эпектрооптического кристалла потоком электронов создать и локальных поляризованных ячеек, обеспечивающих генерацию многолучевого лазерного излучения. Управпееае выходных характеристик лазерного излучения осуществляется изменением параметров потока элек - тронов электронно-лучевой трубки пространственного модулятора. 1 щИзобретение относится к квантовоэлектронным приборам и может быть использовано в системах многолучевой лазерной локации, оптической обработки информации и в оптических вычислительных системах,Известно устройство дефлектора лазерного излучения с поляризационным переключателем, использующим квадратичный злектрооптический эффект в нитробензоле 11. Это устройство позволяет при необходимости формировать множество лучей. Недостатком такого устройства является потеря выходной мощности лазерного излучения за счет прохождения лучей через множество отклоняющих блоков. Известно испол ьзование для сканирования излучения лазера и формирования сложных диаграмм внешних динамических пространственно-временных модуляторов 21, Недостатком таких устройств являются значительные потери в модулирующей среде.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа сканирующий лазер 31, содержащий активную среду, резонатор плоского поля сопряженного типа, состоящий иэ двух плоских зеркал, оптически сопряженных с помощью линз, расположенных внутри резонатора, электронно-лучевой пространственный модулятор, совмещенный с одним из зеркал резонатора, включающий в себя электронно-лучевуо трубку с электронным прожектором и отклоняющей системой, двулучепреломляющую пластину кварца, кристалл КДП КН 2 Р 04)Е-среза, укрепленный на зеркале, на вторую поверхность которого нанесен проводящий слой СОО.Как известно, открытый резонатор лазера при определенных условиях обладает большой добротностью не только для про- дальныХ, но и поперечных мод, Каждая из таких мод характеризуется своим распределением поля внутри резонатора и определенной направленностью излучения.Таким образом возможно получить выходное излучение с желаемым направлением распространения. Эта осуществляется посредством резонатора с управляемой добротностью, большим вырождением колебаний поперечного типа и селективным увеличением добротности для желаемого направления. Все типы колебаний поляризованы, и пластина с двойным лучепреломлением создает достаточную эллиптическую поляризацию для подавления колебаний. Таким образом, поперечные типы колебаний резонатора поддерживаются ниже порога, и только для желаемого типа колебаний допускается превышениепорога генерации. Эллиптическая поляризация может локально подавляться электрическим полем зарядов электронно-лучевой5 трубки, которые благодаря злектрооптическому эффекту присталла КДП, создают эллиптическую поляризацию спротивоположным направлением вращения, что приводит к генерации поперечных10 м,дНедостатком устройства является формирования лишь однолучевого управляемого в пространстве лазерного излучения, в товремя как в ряде практических приложений15 требуется формирование многолучевого управляемого в пространстве лазерного излучения,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет20 получения многолучевого лазерного излучения с управляемыми пространственнымихарактеристиками расходимостью. лазерных лучей, углового положения лучей в пространстве) и энергетическими25 характеристиками (мощности излучения),Цель достигается тем, что в сканирующий лазер. содержащий активную среду, резонатор плоского поля сопряженного типа,состоящий из двух плоских зеркал, оптичеЗ 0 ски сопряженных с помощью двух линз, расположенных внутри резонатора,электронно-лучевой пространственный модулятор, совмещенный с одним из зеркалрезонатора, включающий в себя электронЗб но-лучевую трубку с электроннь 1 м прожектором и отклоняющей системой,двулучепреломляющую пластину кварца,кристалл КДП КН 2 РО 4)Е-среза, укрепленный на зеркале, на вторую поверхность ко 40 торого нанесен проводящий слой Сб 0,дополнительно введены генератор синхронизации поперечных мод, и устройств управления расходимостью лазерного луча, иустройств управления мощностью иэлуче 45 ния, и сумматоров, а в электронно-лучевойпространственный модулятор - п электронных прожекторов сотклоня 1 ощими системами, управляющие электроды (модуляторы)которых подключены через сумматоры к вы 50 ходу генератора синхронизации поперечных мод, вторые входы которых соединеныс устройствами управления мощностью лазерного излучения, а фокусирующие электроды подсоединены к устройствам55 управления оасходимостью лазерных лучей,Зто позволяет посредством одновременного или избирательного) облучения КДП кристалла пучками электронов ЗЛТ создать илокальных ячеек в плоскости КДП кристаллас координатами хю, упь с эллиптической по 2 ОО 4 О 1010 30 35 40 50 55 ляризацией, обеспечивающей превышение порога, Это приводит к генерации поперечных мод, которые на выходе резонатора образуют многолучевое излучение. Управление лучей в пространстве осуществляется изменением положения каждого электронного пучка с помощью отклоняющей системы регулирование мощности осуществляется изменением потенциала на управляющих электродах (модуляторах) ЭЛТ; управление расходимости лазерных лучей - изменением потенциала на фокусирующих электродах, Возможные искажения многолучевого лазерного излучения в дальней зоне, обусловленные дифракционным взаимодействием поперечных мод, исключаются их синхронизацией, что позволяет разделить во времени появления поперечных мод,Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый сканирующий лазер отличается тем, что в него дополнительно включены со своими связями генератор синхронизации поперечных мод, и устройств управления расходимостью лазерного луча, и устройств управления мощностью лазерного излучения, и сумматоров, а в электронно-лучевой п ространствен н ый модулятор - и электронных прожекторов,Таким образом, заявленный сканирующий лазер соответствует критерию изобретению "Новизна".Сравнение заявляемого решения с доугими техническими решениями показывает, что однолучевые электронно-лучевые пространственные модуляторы 3; синхронизация поперечных мод, управление электронным пучком ЭЛТ известны. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы сканирующий лазер проявляет новые свойства расширение функциональных возможностей за счет формирования многолучевого лазерного излучения с управляемыми пространственными и энергетическими характеристиками. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "Существенное отличие".На чертеже представлена функциональная схема сканирующего лазера.Сканирующий лазер содержит электронно-лучевой пространственный модулятор, состоящий из электронно-лучевой трубки 1 с и электронными прожекторами,каждый из которых имеет свои управляющие электроды модуляторы) 2, фокусирующие электроды 3 и отклоняющие системы 4; кристалла КДП (КН 2 РОа)Е-среза 5, СбО-покрытия 6, проводящего покрытия 7, доулучепреломляющей пластины 8 кварца, Резонатор плоского поля, состоящий из двумплоских зеркал 9, 10, оптически сопряженных с помощью линз 11, 12, активную среду13, и устройств 14 управления мощностьюизлучения, и сумматоров 15, и устройств 16управления расходимостью лазерных лучей, генератора 17 синхронизации поперечных мод.Управляющие электроды (модуляторы)2 и электронных прожекторов ЭЛТ подключены через и сумматоров 15 к выходу генератора 17 синхронизации поперечных мод,вторые входы которых соединены с и устройствами 14 управления мощностью лазерного излучения, а фокусирующиеэлектроды 3 подсоединены к и устройствам16 управления расходимостью лазерных лучей.Выполнение отдельных блоков управления ЭЛТ с и электронными прожекторами, например, может соответствоватьтиповым блокам управления однолучевыхЭЛТ, при этом устройство управления мощностью излучения может соответствоватьустройству управления яркостью луча плотности электронного потока); устройство уп- .равления расходимостью лазерных лучей -блоку фокусировки лучей.Устройство работает следующим образом,При накачке лазера. несмотря на то, чтосоздана достаточная для генерации инверсия населенности верхних энергетическихуровней активного вещества, генерации лазерного излучения не происходит, так как наКДП-кристалла 5 создана эллиптическая поляризация, обеспечивающая поддержаниепоперечных колебаний ниже порога генерации, Число таких колебаний в резонатореможет составить до 10, Многолучевое излу 7чение формируется за счет увеличения добротности резонатора для желаемогонаправления поперечных мод, что достигается одновременным облучением и пучкамиэлектронов ЭЛТ 1 соответствующих и участков КДП-кристалла 5 и тем самым созданием и локальных ячеек с координатами вплоскости КДП кристалла Б хы, ум с эллиптической поляризацией с противоположным направлением сектора поляризации.Изменяя амплитуды напряжений на отклоняющих системах 4, можно отклонять пучкиэлектронов и тем самым изменить координаты поляризованных ячеек хы, уп, что приводит к генерации поперечных мод сотличными от предыдущих направлениямираспространения.Таким образом, устройство позволяетсоздать условия для генерации поперечных200 аа 10 СКАНИРУЮЩИЙ ЛАЗЕР, содержащий активнуе среду, резонатор плоского поля сопряженного типа, состоящий из двух плоских зеркал, оптически сопряженных с помощью двух линз, размещенных внутри резонатора, электронно-лучевой пространственный модулятор, совмещенный с одним иэ зеркал резонатора. включающий в себя электронно-лучевую трубку с электронным прожектором и отклоняющей системой, двул учел реломляющую пластину мод (многолучевого излучения) с желаемым (расчетным) направлением распространения. Однако, при одновременной генерации п поперечных мод возможно в результате их дифракционного взаимодействия в дальней зоне искажение волнового поля (многолучевого лазерного излучения), С целью исключения дифракционных искажений в устройстве осуществляется модуляция пучков электронов ЭЛТ генератором 17 синхроЮ Р, ШЧ 1 г .си.,. т И- И -а) . равной разности частот поперечных мод,где С - скорость света; 1 - длина резонатора; й 1, Вг - радиусы кривизны зеркал резонатора.Это обеспечивает синхронизацию поперечных мод, что позволяет, в свою очередь, разделить во времени генерацию поперечных мод и тем самым исключить дифракционное взаимодействие мод и искажение поля в дальней зоне,В заявленном устройстве. изменение ширины расходимости каждого луча обеспечивается за счет изменения потенциала на фокусирующих электродах 2, в результате чего изменяется площадь сечения пучка электронов в плоскости КДП-кристалла 5, что приводит к изменению площади поляризации и локальной ячейки, а это, в свою очередь, изменяет апертуру генерируемой поперечной моды, и к изменению расходи- мости лазерного луча на выходе резонатора,Мощность излучения каждого лазерного луча управляется изменением напряжения на управляющих электродах (модуляторах) 2, что приводит к изменению напряжения, прикладываемого к кристаллу КДП 5, и направлений векторов поляризации и локальных ячеек. Чем больше потенциал, тем ближе вектор к направлению, отличающемуся от направления исходной поляризации. рмула изобретения Применение сканирующего лазера с. многолучееым управляемым излучением позволяет расширить его функциональные воэможности. Так, в случае применения его 5 в лазерных локационных системах уменьшается время поиска обьективов за счет возможности осуществления параллельного поиска, появляется возможность независимого одновременного измерения 10 параметров движения нескольких объективов и слежения за ними. Использование в системах оптической обработки информации позволяет повысить их быстродействие.Использование в предлагаемом сканирую щем лазере внутреннего электронно-лучевого пространственного (пространственно-временного) модулятора с и электронными прожекторами обеспечивает существенный выигрыш в энергии лу чей лазера по сравнению с использованиемвнешних пространственно-временных модуляторов, так как при использовании внешних пространственно-временных модуляторов формирование многолучевого 25 излучения осуществляется за счет энергииоднолучевого лазера (лазера, работающего в режиме генерации продольных мод), а в этом режиме лазер излучает меньше мощности, чем в режиме генерации поперечных 30 мод. Кроме того, при использовании внешних пространственно-временных модуляторов имеет место наличие значительных потерь на самом пространственно-временном модуляторе.35 (56) 1, Ребрин Ю.К, Управление оптическимлучом в пространстве. М,: Советское радио, 1977, 336, с.141.2, Васильев А.А., Касасент ДКомпанецИ.НПарфенов А,В, Пространственные мо дуляторы света. М,: Радио и связь, 1987,с.320. 3, Мустель Е,Р. и Парыгин В.Н. Методымодуляции и сканирования света, М.; Наука, 5 1970, с,257. кварца, кристалл КДР (КНгР 04) Е-среза. за крепленный на зеркале, на вторую поверхность которого нанесен проводящий слой СИО, отличающийся тем, что в него дополнительно введены генератор синхронизации поперечных мод, устройство 5 управления расходимостью лазерного луча, и устройств управления мощностью лазерного луча, и сумматоров, а в электронно-лучевой пространственный модулятор - и электронных прожекторов с отклоняющими системами, управляющие2004010 кийКорректор Н. Милюков Составитель В, НижникТехред М,Моргентал едак аказ 332 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5 гарина, 1 юизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгор электроды которых подключены через сумматоры к выходу генератора синхронизации поперечных мод, вторые входы,: которых соединены с устройствами уп-5 равления мощностью лазерного излучения,а фокусирующие электроды отклоняющихсистем подсоединены к устройствам управления расходимостью лазерных лучей.