Лазер с неустойчивым резонатором

)аь)ааа; ИДЕТ ЕЛ лнена в виде лемента, ограййусеченными скими поверху при .верши- соотношениям Ф/соз юсалоп оро-.порпдаащщ ны лежат по одну с сечения конически асстояние мелку в причем вершину от общеговерхностей,намигде Й ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Трудового Красного.Знамени институт физики АН Белорусской ССР(54)(57) 1. ЛАЗЕР С СТОЙЧИВЫМ РЕЗОНАТОРОМ, обраэова двумя сферическими зеркалами, между которымина оптической оси размещеньг активныйэлемент, линейная фазовая пластинка,последовательно установленные диафраг.ма и поляризатор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что с целью увеличенияяркости генерируемого излучения, зеркало, расположенное перед диафрагмой, выполнено выпуклым, другое зеркало - вогнутым,алинейная фазовая;пластинка установлена между поляризатором. и активным элементом,2. Лазер по п. 1, о т л и ч а"-"ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения долговечности и надежности лазера, диафрагма вып конусного оптического э ченного двумя соосными пересекающимися конич ностямн, суглами о 6 и нах, удовлетворякщими Э - й0 (агсг,8(- - ) +2 агсга - аа г 2+2Э+ д2.11- агсз 3 п -- диаметр сечения коническихповерхностей;п - показатель преломления материала конусного оптического элемента;Э " диаметр активного элемента;1 - расстояние от конусного оптического элемента до ближайшего к нему торца активногоэлемента,ри этом общее сечение конических оверхностей обращего к поляризатору07 1 10 З 0Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к лазерам, и может быть использовано для возбуждения генерации в лазерах на растворах органических соединений, 5 для зондирования атмосферы, для лазерной обработки материалов и в других областях науки и техники.Известен лазер с неустойчивым телескопическим резонатором, образо-. 1 О ванный выпуклым и вогнутым зеркалами с коэффициентами отражения, равными 1003, на длине волны генерации 1.Внутри, резонатора помещен активный элемент, В таком лазере вывод излучения из резонатора осуществляется мимо выпуклого зеркала, размеры которого в М раз,меньше размеров активного элемента (М - увеличение 20 резонатора, указывающее, во сколько раз увеличиваются размеры сечения светового пучка после однократного обхода по резонатору). К недостаткам такого лазера следует отнести неоднородное поперечное распределение поля генерируемого излучения в ближней и дальней волновых зонах; образование в попЕречном распределении, в промежуточной между ближней и дальней зонами, пятна с очень высокой интенсивностью (пятна Пуассона), которое может привести к повреждению оптических элементов; малую яркость генерируемого излучения.Наиболее близким по технической35сущности к данному является лазер с неустойчивым резонатором 21.Резонатор такого лазера образован вогнутым зеркалом и выпуклым зерка 1 40 лом, с коэффициентами отражения 1003 на длине волныгенерации, Внутри резонатора последовательно размещены диафрагма, поляризатор, активный элемент и линейная фазовая пластин 45 ка из кристаллического кварца с разностью хода для обыкновенного и необыкновенного лучей, равной четверти длины волны. Для получения моноимпульсного режима работы лазера50 между вогнутым зеркалом и диафрагмой может быть размещен модулятор добротности. 2чепреломления, энергия, запасенная в активном элементе, используется не полностью, а диафрагма рассеивает внутрь резонатора лазера периферийную часть падающего на нееизлучения; небольшую надежность и долговечность лазера, вызванную тем, что в процессе его эксплуатации происходит разрушение лазерным излучением диафрагмы, в результате чего ухудшаются характеристики генерируемого излучения и, кроме того имеет место разбрызгивание материала, из которого изготовлена диафрагма, на оптические элементы лазера и последующее разрушение этих элементов лазерным излучением.Целью изобретения является увеличение яркости генерируемого излучения при одновременном увеличении долговечности и надежности лазера. Цель достигается тем, что в лазере с неустойчивым резонатором, образованным двумя сферическими зеркалами, между которыми на одной оптической оси размещеныактивный элемент, линейная фазовая пластинка, последовательно установленные диафрагма и поляризатор, зеркало, расположенное перед диафрагмой, выполнено выпуклым, другое зеркало - вогнутым, а линейная фазовая пластинка установлена между поляризатором и активным элементом, и диафрагма выполнена в виде конусного оптического элемента, ограниченного двумя соосными усеченными пересекающимися коническими поверхностями, с углами о и /3 при вершинах, удовлетворяющими соотношениям гЫ )+ юР - йЭ+с 1агс 1 я 4 /3 С о +22причем вершины лежат по. одну сторонуот общего сечения конических поверхностей, расстояние между вершинамиравно ав . (сс /о/2 - ссд о(/2), йК недостаткам такого лазсра следует отнести невысокую яркость геиери руемого излучения, так как в лазере не устранено вредное влияние наведенного в активном элементе двулу где й - диаметр сечения конических поверхностей; и - показатель преломления материала конусного оптического элемента;3 1050О - диаметр активного элемента;0 - расстояние от конусного оп- "тического элемента до ближайщего к нему торца активного элемента, , 5 при этом общее сечение конических поверхностей обращено к поляризато- РУ.На фиг. 1 представлена общая , схема лазера с неустойчивым резо-натором; на фиг, 2 - диафрагма, выполненная в виде конусного оптичес- . кого элемента; на фиг, 3 - ход.лучей, падающих на диафрагму от актив- ного элемента лазера; на фиг. 4 - ц ход лучей, идущих от выпуклого зеркала к диафрагме.Схема лазера с неустойчивым резонатором содержит выпуклое зеркало 1, вогнутое зеркало 2, активный эле-., мент 3 лазера, выполненный в виде стержня с плоскими торцами, линейную фазовую пластинку 4, диафрагму 5, поляризатор 6; стрелками обозначено направление излучения в резонаторе 21 лазера. Угол ф при вершине одной конической поверхности выбирается таким образом, чтобы исключить попадание в активный элемент излучения из периферийной эоны коллимированногоЗ 0 пучка, который распространяется в на. - правлении от вогнутого зеркала и испытывает френелевское отражение на указанной конусной поверхности (см, фиг. 3). Угол р при вершине другой35 ,конической поверхности выбирается таким образом, чтобы периферийная часть коллимированного потока излучения, распространяющегося в направле-. нии от вогнутого зеркала, испытывала полное внутреннее отражение (фиг, 3) и чтобы периферийная часть расходящегося потока излучения, распространяющегося в направлении от выпуклого зеркала 1, при френелевском страже нии от этой поверхности и преломлении в конусном оптическом элементе ие попадала в активный элемент (см. фиг. 4).Описываемое устройство работает следующим образом;Выходящее иэ активного элемента 3излучение проходит последовательно через линейную фазЪвую пластинку 4, поляризатор 6 и становится при этом поляризованным в плоскости пропускания поляризатора 6. Затем излуче- ние проходит через диафрагму 5 и па 507, 4дает на выпуклое зеркало 1, Отраженный .от выпуклого зеркала 1 потокизлучения становится расходящимся.и проходит последовательно через диафрагму 5, поляризатор 6 и линейнуюФазовую пластинку 4, становясь посленее эллиптически поляризованным.Затем поток излучения усиливаетсяв активном элементе 3 и попадает навогнутое зеркало 2. Отраженный отвогнутого зеркала 2 и прошедший через активный элемент 3 поток излучения имеет дифракционную. расходимость.Он проходит через линейную фаэовуюпластинку 4, после которой становится поляризованным на "753 в плоскости, перпендикулярной плоскости пропускания поляризатора 6 ( 253 егополяриэовано в плоскости пропусканияполяризатора 6), и, отражаясь от не-го, выводится из резонатора. Та частьпотока излучения, которая пропускаетсяполяризатором 6, служит для осуществления положительной обратнойсвязи в резонаторе. Она проходит через диафрагму 5, которая предназначена для отсекания излучения из периФерических областей лазерного пучка,и Формирует поток излучения такогодиаметра, который необходим для полного заполнения им активного элемента 3.Сущность изобретения поясняетсяследующим примером,В лазере на алюмо-иттриевом гранате, активированнбм ионами НЙ ,. ра 3+ ботающем .в режиме модулированной добротности, активный элемент имеет ппоскопараллельные торцы, концентрация ионов Ийз= 0,88 весового процента;, диаметр 6,3 мм и длину 80 мм (в генерации участвовало только 60 мм длины активного элемента) и импульсная лампа типа ИСПразмещается в стандартном посеребреном кварцевом отражателе, который, в свою очередь, герметично закреплен в осветителе. В экспериментах используют осветитель и кварцевый отражатель от изделия ИЗ. Активный элемент и импульсную лампу охлаждают 0,27-ным раствором хромовокислого калия в дистиллированной воде. Резонатор лазера длиной 380 мм образован вынуклым и вогнутым зеркалами с радиусами кривизны рабочих поверхностей соответственно К = 1499,7 мм и К = 709,6 мм. Зеркала имеют коэф1050507 Если в резонатор лазера вместо конусного оптического элемента поместить металлическую диафрагму диамет-, ром 4 мм, то расходимость генериру емого излучения возрастает доО,55 мрад, а энергия импульса генерации уменьшается до 024 Дж. Кроме то- го, после наработки лазером " 80 часов диафрагма сильно .разрушается под действием лазерного излучения, а на местах попадания вдрызг металла диафрагфициенты отражения на длине волны генерации Л = 1,064 мкм, равные99,53. В резонаторе лазера между выпуклым и вогнутым зеркалами последовательно размещается. электрооптический модулятор добротности, выполненный из кристалла ДКДР, диафрагма, выполненная в виде конусного оптического элемента с диаметром сечения 4 мми углами при вершинах конических поверхностей о = 174 и р = = 84, выполненный из стекла К=8 по-. ляризаторв качестве которого используют призму Глана с воздушным зазором, линейная фазовая пластинка, выполненная из кристаллического кварца . в виде четвертьволновой пластинки, и активный элемент. На все рабочие поверхности всех оптических элементов (кроме конусного оптического элемента), расположенных внутри резонатора лазера, нанесены просветляющие покрытия. Для электропитания лазера используют, блок питания "Тангаж", который обеспечивает подачу импульсного питания на лампу ИСПс энергией в импульсе до 46 Дж и.частотой до 50 Гц, а также управление электрооптическим модулятором добротности, В лазере достигнуты следующие характеристики:Энергия в импульсе 0,27 Дж;Длительность импульса генерации на полувысоте 15 нс;.Расходимость потока генерируемогоизлучения 0,5 мрад;Яркость потока генерируемого излучения 9,1.7107 Мвтстерад мы на кристалл электрооптическогомодулятора и поляризатора образуются. темные пятна. В результате увеличива ется расходимость генерируемого потока излучения до0,8 мрад, а энергияуменьшается до 0,2 Дж, что приводит к необходимости замены диафрагмы)поляризатора и кристалла электроопти ческого модулятора добротности;В случае установки в резонатор лазера на место диафрагмы конусногооптического элемента параметры лазера не ухудшаются и оптические элемен ты не получают никаких разрушенийпри эксплуатации лазера более 200 ч,За базу сравнения принято устройство, описанное в прототипе. Активныйэлемент прототипа имеет диаметр 20 6,3 мм, длину 80 м В генерации принимает участие 70 мм длины активногоэлемента, Лазер "МУ" фирмы "Моесггоп Согрогаггоп" без дополнительных усилителей имеет следующие характеристики:Энергия в импульсе 0,2 Дж;Длительность импульса генерациина полувысоте 15 нс;Расходимость потока генерируемого 30 излучения 0,6 мрад;Яркость потока генерируемого излучения 4,77 107 МВТстерадСледовательно, лазер данной конЗ 5 струкции имеет яркость в 1,94 разабольшую яркости лазера "МУ" приравной длительности импульса излучения, и улучшенные рабочие характеристики (расходимость излучения, энергию 40 в импульсе и т.д.).. Таким образом, вышеописанная конструкция лазера с неустойчивым резо-натором позволяет увеличить яркостьгенерируемого излучения при одновре менном увеличении долговечности инадежности лазера.Предварительная оценка экономии,которую может получить народное хозяйство от применения изобретения в вы шеуказанных областях при среднегодовой потребности 300 лазеров составитоколо 4 млн.руб.1050507 Ред Заказ 4 сно 5 ал ППП "Патен Укгород Проектная,тор О. Юркова Техред Т.Ду 9/3 Тирак 658ВКИИПИ Государственногопо делам изобретений и3035, Москва, 3-35, Раушс митета СССРткрытийая наб., д. Корректор Е. Сирохман