МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК КОГЕРЕНТНОГО ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК КОГЕРЕНТНОГО ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ


RU (11) 2069431 (13) C1

(51) 6 H01S3/08 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94005898/25 
(22) Дата подачи заявки: 1994.02.21 
(45) Опубликовано: 1996.11.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Бабанов И.В., Глова А.Ф., Лебедев Е.Е. Характеристики излучения многоканального CO2-лазера, МКЛ-10. Квантовая электроника, 1993, т.20, N N 3, с. 216. 2. Качурин О.Р., Лебедев Ф.В., Напартович А.П. Свойства излучения набора CO 2-лазеров в режиме разовой синхронизации. - Квантовая электроника, 1988, т. 15, N 9, с. 1808. 
(71) Заявитель(и): Кандидов Валерий Петрович; Левакова Ирина Геннадиевна 
(72) Автор(ы): Кандидов Валерий Петрович; Левакова Ирина Геннадиевна 
(73) Патентообладатель(и): Кандидов Валерий Петрович; Левакова Ирина Геннадиевна 

(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК КОГЕРЕНТНОГО ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 

Использование: в лазерной технике, в частности в лазерном управляемом термоядерном синтезе. Сущность изобретения: лазеры 1 расположены периодически по дуге окружности вокруг полупрозрачного зеркала связи 2, которое имеет форму кругового цилиндра. Лазеры установлены в плоскости, перпендикулярной оси симметрии зеркала, и ориентированы радиально по отношению к этой оси. Радиус зеркала и расстояние от апертур лазеров до оси зеркала удовлетворяют соотношению, полученному на основе теории дифракции из условия полного воспроизведения периодического поля набора лазеров для цилиндрического резонатора Тальбо:



где r - радиус зеркала, R - расстояние от апертур лазеров до оси зеркала, o- - угол между осями соседних лазеров, - - длина волны генерации. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к лазерной технике, в частности к многоканальным лазерам с новой формой оптического резонатора, конкретно, цилиндрической.

Известны многоканальные источники оптического излучения [1, 2] представляющие собой набор параллельно расположенных волноводных CO2-лазеров.

Недостатком таких многоканальных источников является большая расходимость излучения и, как следствие, ограничение максимально достигаемой плотности мощности. Причина этого состоит в независимой генерации лазеров, при которой расходимость излучения определяется размером апертуры отдельного лазера.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является многоканальный источник когерентного оптического излучения [3] выполненный в виде набора периодически расположенных лазеров с дифракционной связью в резонаторе Тальбо. В этом источнике зеркало, осуществляющее связь лазеров, располагается от их выходных апертур на pасстоянии zt= 2a2/ расстояние Тальбо, a период набора, длина волны. Такая система образует резонатор Тальбо, в котором излучение, возвращающееся в лазеры после отражения от зеркала связи, наиболее полно воспроизводит структуру поля периодического набора лазеров. В результате достигается синфазная генерация всех лазеров, при которой расходимость излучения значительно уменьшается, так как определяется размером апертуры всего набора.

Недостатком вышеуказанного источника излучения является следующее:

дифракционные потери в резонаторе Тальбо, вызванные неполным воспроизведением периодического поля набора лазеров из-за их конечного числа;

большие размеры источника, так как расстояние Тальбо zt возрастает по квадратичному закону с периодом набора а и может составлять несколько метров;

снижение плотности мощности излучения вследствие утечки ее в боковые лепестки диаграммы направленности, формируемой набором лазеров;

ограниченная (порядка несколько градусов) величина угла, под которым сходится излучение при фокусировке, что обусловлено конечными размерами апертуры набора.

Решаемая техническая задача изобретения состоит в устранении указанных недостатков, то есть в разработке компактного устройства, обеспечивающего синфазное излучение кругового набора лазеров и, как следствие этого, получение высокой плотности мощности при минимальных дифракционных потерях в общем резонаторе.

Эта задача достигается тем, что в многоканальном источнике когерентного оптического излучения, содержащем периодический набор лазеров и зеркало связи, образующие резонатор Тальбо, зеркало связи выполнено полупрозрачным в форме кругового цилиндра, лазеры установлены в плоскости, перпендикулярной оси симметрии зеркала, и ориентированы в радиальном направлении по отношению к этой оси, причем апертуры лазеров расположены на дуге окружности с центром на оси зеркала, а радиус этого зеркала r и расстояние R от апертур лазеров до оси зеркала удовлетворяют соотношению:



где r радиус зеркала связи,

R расстояние от апертур лазеров до оси зеркала,

o угол между осями соседних лазеров,

длина волны генерации.

Достигаемый технический результат настоящего изобретения состоит в следующем:

1. отсутствие потерь, обусловленных дифракцией излучения по угловой координате, так как вследствие угловой периодичности кругового набора в цилиндрическом резонаторе Тальбо осуществляется полное воспроизведение структуры оптического поля лазеров по этой координате;

2. высокая компактность, поскольку с уменьшением радиуса кривизны зеркала связи r сокращается расстояние R от апертур лазеров до оси зеркала;

3. высокая плотность мощности вследствие объемного характера когерентного излучения, формируемого круговым набором лазеров;

4. размер излучающей апертуры по угловой координате составляет 2..

Изобретение поясняет фигура 1, где схематически изображен предложенный многоканальный источник когерентного оптического излучения, и фигура 2, где приведено изменение расстояние R-r от апертур лазеров до зеркала связи в зависимости от кривизны зеркала связи r-1.

Устройство содержит периодический набор лазеров 1, расположенных по дуге окружности радиуса R вокруг полупрозрачного зеркала связи 2 в виде кругового цилиндра радиуса r. Окружность лежит в плоскости, перпендикулярной оси симметрии О зеркала связи, ее центр лежит на этой оси. Оптические оси лазеров ориентированы в радиальном направлении по отношению к оси симметрии О; их выходные апертуры 3, обращенные к оси О, прозрачны; на противоположных окнах

глухие зеркала 4.

Устройство работает следующим образом. Излучение каждого лазера 1 распространяется до зеркала связи 2 и обратно. Вследствие расходимости в процессе дифракции и отражения от выпуклого зеркала связи 2 излучение каждого лазера попадает в апертуры 3 других лазеров набора. Тем самым осуществляется оптическая дифракционная связь между лазерами, благодаря которой происходит фазовая синхронизация лазеров и в наборе возникает коллективная генерация. При выборе радиуса зеркала связи в соответствии с условием воспроизведения периодических полей (подробно см. ниже) круговой набор лазеров 1 с таким зеркалом связи 2 образует цилиндрический резонатор Тальбо. В этом случае для кругового периодического набора лазеров исчезают потери, обусловленные дифракцией излучения по угловой координате, и порог синфазной генерации достигает минимума.

При синфазной генерации фазы получения лазеров совпадают и в окрестности оси полупрозрачного зеркала происходит когерентное сложение их полей. В результате значительно повышается плотность мощности излучения, сходящегося к оси системы, по сравнению со случаем независимой генерации лазеров. Угловой размер апертуры многоканального источника с цилиндрическим резонатором Тальбо составляет 2 в плоскости, перпендикулярной его оси.

Параметры цилиндрического резонатора Тальбо определяются на основе теории дифракции из условия воспроизведения периодической структуры поля набора лазеров. Для реальных систем имеют место следующие условия:

(1)

где r радиус зеркала связи,

R расстояние от апертур лазеров до оси зеркала,

o угол между осями соседних лазеров,

длина волны генерации,

s характерный размер поперечной моды.

Это позволяет для функции источника двумерной задачи дифракции использовать асимптотику, справедливую при :

(2)

Из условия (1) следует, что применимо малоугловое приближение, при котором поле отдельного лазера E(r,) на зеркале связи согласно формуле Кирхгофа для скалярной задачи дифракции имеет вид:

(3)

Аналогично представляется на окружности R поле, отраженное от зеркала связи:

(4)

Здесь угловая координата для выходного излучения лазеров E(R,) на окружности радиуса R;

координата на зеркале связи;

координата на окружности R для излучения E(R,),, падающего обратно на апертуры лазеров;

При поперечной моде лазера f(R,n), где n= - no,, n его номер в наборе, коэффициент оптической связи n-го и m-го лазеров в цилиндрическом резонаторе в соответствии с (3, 4) определяется выражением:



(5)

Для основной поперечной моды лазера вида



матричный коэффициент связи вычисляется по формуле:

(6)

где волновой параметр цилиндрической системы,

m, n 1, 2, N, N число лазеров в наборе.

Установившаяся коллективная генерация лазеров в наборе описывается задачей на собственные значения:

(7)

где матрица оптической связи, элементы которой суть коэффициенты Mmn.

Модуль собственного значения определяет дифракционные потери k-ой коллективной моды генерации. Из решения собственной задачи (7) следует, что потери синфазной моды k=1 минимальны, если система образует цилиндрический резонатор Тальбо, то есть расстояние между выходными апертурами лазеров и зеркалом связи составляет половину расстояния Тальбо для цилиндрической геометрии. Зависимость расстояния Тальбо от кривизны зеркала связи r-1 изображена на фигуре 2 в единицах, отнесенных к величине z = 2(Ro)2/.. Зависимость, представленная на фигуре 2, с удовлетворительной точностью (не хуже 3%) аппроксимируется следующей формулой:



где r радиус зеркала связи,

R расстояние от апертур лазеров до оси зеркала,

o угол между осями соседних лазеров,

длина волны генерации.

В двумерной системе потери синфазной моды обращаются в нуль, что свидетельствует о полном воспроизведении периодической структуры поля этой моды по угловой координате в цилиндрическом резонаторе Тальбо.

Пример.

Параметры многоканального источника оптического излучения с цилиндрическим резонатором Тальбо на примере набора полупроводниковых лазеров:

длина волны l = 1,3мкм;

радиус зеркала связи r=2 см;

расстояние Тальбо 2(R-r)=6 cм;

радиус окружности R=5 см;

расстояние между осями соседних лазеров Ro= 350мкм;

число лазеров в наборе N=103.

Таким образом, предложена схема многоканального источника когерентного оптического излучения, отличающегося от известных аналогичных устройств высокой концентрацией плотности мощности светового поля на оси системы, которая достигается в результате интерференции когерентного излучения, сходящегося от расположенных по окружности лазеров в режиме фазовой синхронизации.

Предложенный многоканальный источник может быть использован при создании систем лазерной технологии, в частности для круговой обработки изделия, а также систем лазерного управляемого термоядерного синтеза для объемного сжатия и нагрева мишени.

Предложенная схема может быть обобщена на многоканальный когерентный источник со сферическим резонатором Тальбо. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Многоканальный источник оптического излучения, содержащий набор лазеров и зеркало связи, образующее резонатор Тальбо, отличающийся тем, что зеркало связи выполнено полупрозрачным в форме круглого цилиндра, при этом лазеры установлены в плоскости, перпендикулярной оси симметрии зеркала, и ориентированы в радиальном направлении по отношению к этой оси, причем апертуры лазеров расположены на дуге окружности с центром на оси зеркала, а радиус зеркала и расстояние от апертур лазеров до оси зеркала удовлетворяют следующему соотношению:





где r радиус зеркала;

R расстояние от апертур лазеров до оси зеркала;

o угол между осями соседних лазеров;

длина волны генерации.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru