СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЗКОПОЛОСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С МАЛОЙ РАСХОДИМОСТЬЮ В ЭКСИМЕРНОМ ЛАЗЕРЕ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЗКОПОЛОСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С МАЛОЙ РАСХОДИМОСТЬЮ В ЭКСИМЕРНОМ ЛАЗЕРЕ


RU (11) 2077756 (13) C1

(51) 6 H01S3/22 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 94000897/25 
(22) Дата подачи заявки: 1994.01.10 
(45) Опубликовано: 1997.04.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. M.Sugii at al. J.Appl. Phys, 62, N 8, p.3480 - 3482, 1987. 2. M.R. Osborne at al. Jappl. Phus. B, 48, p.351 - 356, 1989. 3. Бычков Ю.И. и др. Квантовая электроника, 1992, 19, N 7, с.688 - 690. 4. Басов Н.Г. и др. ДАН СССР, 1985, т.281, N 1, с.64 - 67. 
(71) Заявитель(и): Институт сильноточной электроники СО РАН 
(72) Автор(ы): Панченко Ю.Н.; Лосев В.Ф. 
(73) Патентообладатель(и): Институт сильноточной электроники СО РАН 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЗКОПОЛОСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С МАЛОЙ РАСХОДИМОСТЬЮ В ЭКСИМЕРНОМ ЛАЗЕРЕ 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке и создании эксимерных лазеров с малой расходимостью и узкой шириной спектральной линии. Сущность: в способе получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере, включающем возбуждение активной среды, расположенной в оптическом резонаторе, содержащем выходное полупрозрачное зеркало, фокусирующую линзу и ВРМБ-зеркало, и формирование излучения, интенсивность которого на ВРМБ-зеркале достаточна для отражения излучения, величину интенсивности излучения на ВРМБ-зеркале выбирают из определенного соотношения. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Предлагаемое изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке и создании эксимерных лазеров с малой расходимостью и узкой шириной спектральной линии.

Известен способ получения излучения в эксимерном лазере [1] заключающийся в том, что узкополосный сигнал , полученный в задающем генераторе (ЗГ), инжектируется в кольцевой усилитель, где он усиливается и фокусируется на ВРМБ-зеркало. Отраженный от ВРМБ-зеркала сигнал снова возвращается в усилитель и затем выводится из лазерной системы.

Недостатком способа является сложность лазерной системы (наличие ЗГ), что усложняет его реализацию.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ формирования излучения, описанный в работе [2] Указанный способ заключается в том, что узкополосный импульс излучения, сформированный предварительно в ЗГ, инжектируется в резонатор лазера, образованный полупрозрачным выходным зеркалом, фокусирующей линзой и ВРМБ-зеркалом. Данное излучение усиливается в активной среде лазера, фокусируется на ВРМБ-зеркало, затем отражается от него, возвращаясь в активную среду, где снова усиливается и падает на выходное полупрозрачное зеркало резонатора. При этом часть излучения выходит из лазера, а часть возвращается назад в активную среду. На выходе лазера образуется цуг импульсов с длительностью каждого, соответствующей длительности импульса, инжектируемого от ЗГ. Расходимость такого излучения в 20 раз меньше, чем расходимость излучения, полученная в эксимерном лазере с плоскопараллельным резонатором.

Недостатком описанного способа получения излучения является сложность лазерной системы (наличие ЗГ), реализующей способ.

Задачей настоящего изобретения является упрощение способа получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерной лазере.

Решение указанной задачи достигается тем, что в способе получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере, включающем возбуждение активной среды, расположенной в оптическом резонаторе, содержащем выходное полупрозрачное зеркало, линзу и ВРМБ-зеркало, и формирование излучения, интенсивность которого на ВРМБ-зеркале достаточна для отражения излучения, согласно изобретению величину интенсивности излучения на ВРБМ-зеркале выбирают из соотношения



где h энергия кванта излучения, Дж;

N* концентрация активных частиц в среде, см-3;

t спонтанное время жизни активных частиц, с;

l длина волны излучения, см;

d апертура активной среды, см;

l1 единичная длина в 1 см;

F фокусное расстояние линзы, см;

l длина активной среды, см;

go коэффициент усиления активной среды, см-1;

a коэффициент ненасыщенного поглощения активной среды, см-1.

Cущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

При работе лазера после начала возбуждения активной среды в ней возникают спонтанные шумы, которые постепенно усиливаются. Рассмотрим спонтанные шумы, родившиеся в маленьком объеме V активной среды в области оптической оси лазера вблизи фокусирующей линзы. Данный объем имеет вид прямого кругового конуса с высотой, равной единичной длине l1, и телесным углом W при его вершине. Излучение, распространяющееся из этого объема, направлено в сторону полупрозрачного зеркала. При этом мощность излучения (при условии пренебрежения усилением из-за его малости в рассматриваемом объеме) можно выразить как

Po= hN*V/4, (2)

где h энергия кванта излучения;

N* концентрация активных частиц в среде;

t спонтанное время жизни активных частиц.

Поскольку величину телесного угла можно определить как

= d2/4l2, (3)

где d диаметр активной среды;

l длина активной среды;

а объем V как

V = 1/3l1d2l21/16l2, (4)

где площадь основания конуса.

Подставив в формулу (2) значения из формул (3) и (4), получим

Po= hN*/d4l31/l41,310-3, (5)

После отражения лазерного излучения от полупрозрачного зеркала и второго прохода излучения через активную среду в области фокусирующей линзы мощность излучения определяется как

P = Poexp2l(go-), (6),

где go коэффициент усиления активной среды;

коэффициент ненасыщенного поглощения активной среды.

Затем излучение фокусируется линзой, фокусное расстояние которой F, на ВРМБ-зеркало. Площадь сечения излучения в фокальной области S = D2/4, где D

диаметр этого сечения в фокальной области.

Считая, что излучение выходит из малого единичного объема, фронт распространения волны излучения будет близким к сферическому, т.е. расходимость такого излучения будет близка к дифракционной и ее величину можно оценить как = 2,44/d..

Тогда D = F = (2,44/d)F, a площадь сечения излучения в фокальной области S = F2(2,44)22/4d2. (7).

Интенсивность в фокальной области излучения на ВРМБ-зеркале, используя математические формулы (5),(6), (7), определим из выражения .

Известно, что коэффициент отражения от ВРМБ-зеркала увеличивается с уменьшением спектральной ширины падающего излучения [3]

При реализации заявляемого способа нами было обнаружено, что спектр излучения молекулы ХеСl на вершине спектрального контура имеет узкие "выбросы" аналогично наблюдаемым в работе [4] при более низких давлениях, которые авторы объясняют резонансом вращательно-колебательных полос электронного перехода В-Х. В условиях пороговой интенсивности на ВРМБ-зеркале происходит отражение только на этих узких "выбросах". Таким образом, отраженный сигнал состоит из одной или нескольких (в зависимости от условий эксперимента) узких линий с шириной 0,05 0,07 .

В результате предлагаемый способ позволяет формировать из спонтанных шумов узкополосное и высоконаправленное излучение без каких-либо дополнительных пространственных и спектральных селекторов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема эксимерного лазера, реализующего заявляемый способ; на фиг.2 показана осциллограмма импульса выходного излучения; на фиг.3 приведена полученная экспериментально интерферограмма излучения для одного импульса пучка А.

Лазер содержит активный объем 1, расположенный в оптическом резонаторе, содержащем выходное полупрозрачное зеркало 2, фокусирующую линзу 3 и ВРМБ-зеркало 4.

После возбуждения активной среды 1 лазера в ней возникают спонтанные шумы, которые постепенно усиливаются. Максимальная интенсивность излучения на ВРМБ-зеркале будет обусловлена излучением, которое стартует из спонтанных шумов в области оптической оси лазера вблизи фокусирующей линзы 3, усиливается на первом проходе через активную среду 1, отражается от зеркала 2, затем усиливается на втором проходе через активную среду 1 и фокусируется линзой 3.

Интенсивность излучения на ВРБМ-зеркале при этом подобрана таким образом (вблизи пороговых значений отражения), что отражение наблюдается только на узкой линии (на "выбросе" спектрального контура). Отраженное излучение возвращается в активную среду 1, где усиливается, часть его выходит через полупрозрачное зеркало 2, а часть возвращается в активную среду 1, сжимаясь к приосевой области, фокусируется на ВРМБ-зеркало, после чего отражается от него и повторяет снова уже описанный выше порядок распространения. В результате на выходе лазера формируются два потока излучения: один сходящийся А, другой расходящийся В. Оба потока излучений имеют высокую направленность и узкую спектральную линию.

Пример конкретного выполнения. Заявляемый способ получения узкополосного излучения с малой расходимостью был реализован в ХеСl-лазере. Длительность импульса составляла 100 нс, энергия в импульсе была 50 мДж. Длина активной среды 1 была равна 70 см, диаметр пучка излучения 1 см. Параметр (go-) = 0,12 см-1, концентрация активных частиц N*=21015 см-3, энергия кванта излучения 4 эВ, длина волны излучения =0,3 мкм. В качестве ВРМБ-зеркала был использован гептан. Фокусное расстояние F линзы 3 было равно 10 см. Величина интенсивности излучения в фокусе линзы 3 на ВРМБ-зеркале 4, определенная экспериментально, составила 2,7108 Вт/см2. Эта же величина интенсивности излучения, рассчитанная по формуле (1), получилась равной 2,2108 Вт/см2.

На выходе лазера наблюдался импульс излучения, представленный на фиг.2, с энергией 10 мДж. Это излучение состояло из двух пучков А и В. Каждый пучок во времени состоял из отдельных импульсов. Расстояние между импульсами для пучка А и пучка В было 20 нс, т.е. равнялось двойному обходу резонатора. Расходимость каждого пучка была такова, что 30% энергии лежало в дифракционном угле, равном 710-5 рад. Каждый импульс имел ширину спектральной линии 0,3 см-1, что можно наблюдать на приведенной на фиг.3, полученной экспериментально интероферограмме излучения для одного импульса пучка А (база воздушного эталона Фабри-Перо Т=3 мм). Причем частота каждого последующего импульса в каждом пучке была сдвинута на величину 0,24 см-1, что соответствует частотному сдвигу ВРМБ.

Из изложенного следует, что предлагаемый способ получения излучения в эксимерном лазере позволяет формировать узкополосное излучение ( ~ 0,3 см-1) с высокой направленностью без дополнительных пространственных и спектральных селекторов, что упрощает его реализацию. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере, включающий возбуждение активной среды, расположенной в оптическом резонаторе, содержащем выходное полупрозрачное зеркало, фокусирующую линзу и зеркало с вынужденным рассеянием Мандельштама-Брилюэна (ВРМБ зеркало), и формирование излучения, интенсивность которого на ВРМБ зеркале достаточна для отражения излучения, отличающийся тем, что величину интенсивности излучения на ВРМБ зеркале выбирают из соотношения



где h энергия кванта излучения, Дж;

N* концентрация активных частиц в среде, см-3;

t спонтанное время жизни активных частиц, с;

l длина волны излучения, см;

d апертура активной среды, см;

l1 единичная длина в 1 см;

F фокусное расстояние линзы, см;

l длина активной среды, см;

g0 коэффициент усиления активной среды, см-1;

a коэффициент ненасыщенного поглощения активной среды, см-1.


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