ДВУХЧАСТОТНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР

ДВУХЧАСТОТНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР


RU (11) 2034382 (13) C1

(51) 6 H01S3/10 

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

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

(21) Заявка: 5002447/25 
(22) Дата подачи заявки: 1991.08.27 
(45) Опубликовано: 1995.04.30 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Надточеев В.Е. и Наний О.Е. Двухволновая генерация в непрерывном твердотельном лазере на YaG : Nd3+. - , Квантовая электроника, т.16, N4, 1989, с. 680 - 684. Надточеев В.Е. и Наний О.Е. Двухволновой твердотельный лазер с монохроматической накачкой. - Вестник МГУ, сер.3, т.31, N4, 1990, с. 48 - 52. 
(71) Заявитель(и): Наний Олег Евгеньевич 
(72) Автор(ы): Наний Олег Евгеньевич 
(73) Патентообладатель(и): Наний Олег Евгеньевич 

(54) ДВУХЧАСТОТНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР 

Использование: в лазерной технике, в оптических измерительных приборах для стабилизации мощности излучения на каждой из генерируемых частот. Сущность изобретения: в лазер с продольной монохроматической накачкой введена четвертьволновая пластинка, причем одной поверхностью пластинка расположена вплотную к торцу активного элемента, а другая поверхность пластинки совмещена с зеркалом. 4 з.п. ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в измерительной технике, спектроскопии и интерферометрии, голографии.

Известен двухчастотный лазер, содержащий размещенный в резонаторе активный элемент с однородно уширенной линией усиления [1]

Недостатком этого лазера является нестабильность излучения, связанная с ламповой накачкой и сильной конкуренцией двух генерируемых мод.

Наиболее близким к предлагаемому является двухчастотный твердотельный лазер, содержащий расположенный в оптическом резонаторе, включающем дихроичное зеркало, активный элемент с однородно уширенной линией усиления, оптически связанный через дихроичное зеркало с источником накачки [2]

Недостатком такого лазера является нестабильность мощности генерации, обусловленная конкуренцией генерируемых мод.

Цель изобретения стабилизация мощности излучения на каждой из генерируемых частот.

Цель достигается тем, что за счет расположения четвертьволновой пластинки вплотную к активному элементу и совмещения с одним из торцов этой пластинки дихроичного зеркала осуществляется пространственное и поляризационное разделение двух генерируемых мод.

Стабилизация излучения достигается в двухчастотном лазере за счет помещения четвертьволновой пластинки между активным элементом и дихроичным зеркалом так, что одна поверхность пластинки находится в оптическом контакте с торцом активного элемента, а вторая совмещена с дихроичным зеркалом. Новым является также внутрирезонаторная генерация второй гармоники в предложенном лазере с использованием нелинейного кристалла, обладающего синхронизмом второго типа.

На фиг. 1 приведена оптическая схема лазера с электрооптическим модулятором; на фиг. 2 то же, с нелинейным элементом.

Двухчастотный-твердотельный лазер с электрооптическим затвором содержит резонатор, образованный дихроичным зеркалом 1 и зеркалом 2, активный элемент 3, четвертьволновую пластинку 4, полупроводниковый лазер 5 накачки, коллиматор 6 и электрооптический модулятор 7. Лазер с нелинейным элементом содержит поворотное зеркало 8 и нелинейный элемент 9.

Лазер работает следующим образом.

При включении лазера 5 накачки в активном элементе 3 возникает инверсия населенностей. При превышении порога в лазере возникает генерация на собственных типах колебаний с частотами, соответствующими максимальному усилению активного элемента 3. При отсутствии амплитудно-анизотропных элементов в лазере генерация может осуществляться на двух различных по поляризации типах мод. Если активный элемент выполнен из изотропного материала, то собственные типы поляризации линейные, совпадающие с осями четвертьволновой пластинки. В этом случае каждая из поляризационных мод внутри резонатора представляет собой стоячую линейно поляризованную волну. Наличие четвертьволновой пластинки приводит к тому, что узлы одной поляризации ионной моды совпадают с пучностями другой поляризационной моды и наоборот. Такое пространственное разделение генерируемых мод в продольном направлении обеспечивает существенное ослабление конкуренции двух поляризационных мод. В результате становится устойчивой двухмодовая генерация с одинаковыми мощностями двух поляризационных мод с разными частотами генерации. Так как две поляризационные моды в совокупности насыщают активный элемент равномерно, то обеспечивается устойчивость двухмодовой двухчастотной генерации по отношению к возбуждению третьей моды.

При введении в резонатор электрооптического модулятора 7 обеспечивается возможность изменения величины разности набегов фаз в этом модуляторе для двух генерируемых мод разной поляризации. Изменение разности набегов фаз в пределах от 0 до /2 приводит к изменению разности частот генерируемых мод от С/L до 0, где L оптическая длина резонатора, С скорость света. При этом последовательное расположение вплотную друг к другу зеркала резонатора, четвертьволновой пластинки и активного элемента обеспечивает устойчивость двухчастотной генерации во всем диапазоне перестройки разностной частоты.

Для получения генерации в видимой области спектра в резонатор лазера может быть внесен нелинейный элемент 9.

Введение нелинейного элемента кристалла для генерации второй гармоники приводит к возникновению в резонаторе на основной частоте дополнительных нелинейных потерь. Нелинейные потери при генерации второй гармоники в нелинейном кристалле, обладающем вторым типом волнового синхронизма, могут быть записаны в виде П1=d2eff[(Е1хЕ2у)2+0,5(Е2хЕ1у+Е1хЕ2у)2] (1) П2= d2eff[(E1xЕ2у)2+0,5(Е1хЕ2у+Е2хЕ1у)2] (2) где П1,2 нелинейные потери для первой и второй мод соответственно;

Еix, Eiy проекции электрических полей соответствующих мод (i=1,2) на собственные оси нелинейного кристалла;

deff коэффициент нелинейного преобразования.

При расположении нелинейного кристалла таким образом, что его собственные оси составляют угол 45о с осями четвертьволновой пластинки, собственные поляризации генерируемых мод оказываются такими, что второй член в выражениях (1,2) равен нулю. Это означает, что конкурентное взаимодействие между генерируемыми модами в нелинейном кристалле отсутствует. Следовательно, двухмодовый режим генерации сохраняется и более того стабилизируется. Стабилизация связана с тем, что потери для каждой из волн пропорциональны их интенсивностям [первый член в выражениях (1 и 2)] а значит, с увеличением deff происходит выравнивание их интенсивностей.

При изменении углов между оптическими осями активного и нелинейного элементов в пределах 45о 10о стабильный двухмодовый режим генерации сохраняется, а при углах больше 55о или меньше 35о при большом превышении накачки над порогом становится неустойчивым.

Отметим, что нелинейный элемент принципиально анизотропный, так как в анизотропном веществе не выполняются условия синхронизма. Активный элемент может быть как изотропным, так и анизотропным.

При выполнении активного элемента из анизотропного вещества (для устранения конкурентного взаимодействия в нелинейном элементе) активный элемент должен быть расположен так, чтобы его оси также располагались под углом 45о к осям четвертьволновой пластинки. В этом случае оси активного и нелинейного элементов параллельны, они по поляризационным свойствам эквивалентны анизотропному элементу и к ним в совокупности относится все вышесказанное об ориентации активного элемента. Такая ориентация активного элемента (оптические оси активного элемента расположены под углом 45о к осям пластинки) необходима только в том случае, если в резонаторе осуществляется генерация второй гармоники.

Для получения двух перестраиваемых по частоте мод при помощи электрооптического фазового модулятора желательно обеспечить генерацию линейно поляризованного излучения. Это достигается в том случае, если оси всех анизотропных элементов параллельны. Линейная поляризация двух генерируемых мод в ортогональных плоскостях, параллельных осям электрооптического модулятора, обеспечивает максимальный диапазон перестройки каждой из генерируемых мод и разностной частоты (частоты биений).

Активный элемент может быть выполнен из стекла с неодимом либо из кристаллов алюмоиттриевого граната с неодимом, либо из скандиевых гранатов с неодимом или из любых других твердотельных активных сред, легированных неодимом, европием или другими редкоземельными элементами. В качестве нелинейного элемента может быть использован кристалл калий титанил фосфата. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ДВУХЧАСТОТНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР, содержащий оптический резонатор, включающий дихроичное зеркало, и расположенный в нем активный элемент с однородно уширенной линией усиления, оптически связанный с источником оптической накачки через дихроичное зеркало так, что излучение накачки фокусируется на первом торце активного элемента, отличающийся тем, что, с целью стабилизации мощности излучения на каждой из генерируемых частот, резонатор лазера дополнительно содержит двулучепреломляющую четвертьволновую пластинку, расположенную так, что ее первый торец находится в оптическом контакте с первым торцом активного элемента, а второй торец четвертьволновой пластинки совмещен с дихроичным зеркалом.

2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что, с целью перестройки частот генерации и разностной частоты, лазер дополнительно содержит электрооптический модулятор.

3. Лазер по п.1 или 2, отличающийся тем, что, с целью получения двухчастотной генерации в видимой области спектра, резонатор лазера дополнительно содержит нелинейный кристалл для генерации второй гармоники, обладающий синхронизмом второго типа, причем нелинейный кристалл расположен так, что его оптические оси составляют угол 45 10o с осями четвертьволновой пластинки.

4. Лазер по п. 3, отличающийся тем, что активный элемент выполнен из анизотропного материала и расположен так, что его оптические оси параллельны осям нелинейного кристалла.

5. Лазер по п. 2, отличающийся тем, что активный элемент выполнен из анизотропного материала, при этом оптические оси активного элемента, четвертьволновой пластинки и электрооптического модулятора параллельны.


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