МАЛОГАБАРИТНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ГЕЛИЙ-НЕОНОВОГО ЛАЗЕРА

Полезная модель относится к области технической физики, к квантовой электронике и может быть использована для создания малогабаритных излучателей гелий-неоновых лазеров.
Известен двухчастотный гелий-неоновый лазер, содержащий активный элемент с внутренними зеркалами, зеркала активного элемента размещены в юстировочных узлах, выполненных из магнитного материала, намагниченного полем величин 1 мТл ≤ Н ≤ 50 мТл. Кроме того активный элемент помещен в аксиальное магнитное поле 10 мТл ≤ Н ≤ 30 мТл.
Это создает ориентацию диполей покрытия зеркала, совпадающую с одной из поляризаций [патент РФ №2239266, Н01S 3/13, опубл. 2004 г.]
Недостатком данного устройства является низкая мощность лазерного излучения.
Известен двухчастотный стабилизированный лазер, содержащий газоразрядную трубку, расположенную в вакуумной оболочке, и зеркала оптического резонатора. Подложка каждого зеркала выполнена в виде четвертьволновой фазовой пластины, на внешней поверхности которой нанесено отражающее покрытие.
Фазовые пластины выполнены с возможностью поворота относительно оси, для того, чтобы добиться нужной фазовой анизотропии. Контроль полученного значения анизотропии ведется по разностной частоте [авт. свидетельство СССР №1403942, Н01 S 3/137, опубл. 1992 г.]
Недостатком данного устройства является низкая мощность лазерного излучения, так как фазовая пластина в резонаторе вносит значительные потери.
Наиболее близким к заявляемой конструкции по технической сущности является излучатель гелий-неонового лазера, содержащий корпус из немагнитного материала, расположенный внутри корпуса активный элемент коаксиальной конструкции с разрядным капилляром с двумя продольными модами, по крайней мере один магнит, размещенный на внешней поверхности корпуса, и управляющий элемент [патент СССР №591161, Н01S 3/10, опубл. 1978 г. - прототип]
Задачей полезной модели является создание малогабаритного излучателя гелий-неонового лазера, обеспечивающего высокую мощность излучения, а также высокие стабильность мощности и оптической частоты излучения.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном малогабаритном излучателе гелий-неонового лазера, содержащем корпус из немагнитного материала, расположенный внутри корпуса активный элемент коаксиальной конструкции с разрядным капилляром с двумя продольными модами, по крайней мере один магнит, размещенный на внешней поверхности корпуса, и управляющий элемент, управляющий элемент выполнен в виде нагревательного элемента, размещенного на внешней поверхности активного элемента, а магнит выполнен из неодимового материала и ориентирован для формирования в разрядном капилляре магнитного поля, направленного перпендикулярно разрядному капилляру, величиной 0,1 мТл ≤ Н ≤ 50 мТл
Для решения указанной задачи предлагается использовать активные элементы с двумя ортогонально поляризованными модами, которые имеют размер 135 мм и менее. Однако в этом случае возникает необходимость стабилизации данного активного элемента в одночастотном режиме генерации и повышения его мощности до величины порядка 1 мВт, что исключает возможность использования выходной оптики, которая вносит дополнительные потери. Для стабилизации мощности и частоты активного элемента, указанных габаритов, используется метод стабилизации по опорной мощности, что предполагает использование только одной моды. Соответственно, стоит вопрос о выделении рабочей моды, увеличении её мощности и улучшении формы изменения контура интенсивности излучения. Для этого на корпусе излучателя из немагнитного материала (немагнитный материал не искажает вектор магнитной индукции) закрепляется хотя бы один неодимовый магнит (неодимовые магниты при малых габаритах создают необходимую величину магнитной индукции), создающий поперечное магнитное поле, направленное перпендикулярно к оси разрядного канала излучателя для формирования устойчивых линейных одночастотных ортогональных поляризаций лазерного излучения. Наложение локального поперечного магнитного поля в разрядном капилляре величиной от 0,1 до 50 мТл приводит к перераспределению мощности излучения между модами активного элемента. [Войтович А, П. Магнитооптика газовых лазеров. Изд-во: Наука и техника 1984, - 208]. В одной поляризации (σ) мощность нарастает, а в другой (π) подавляется. При величине поля <0,1 мТл указанный эффект не наблюдается, а при величине поля внутри разрядного капилляра >50 мТл магнит будет обладать большой «силой на отрыв», что может привести к выходу излучателя из строя. Кроме того наблюдается ассиметрия поляризационных контуров излучения в зависимости от частоты расстройки резонатора (ξ). Контур (Iσ) занимает большую площадь, чем контур (Iπ). В зависимости от полярности приложенных
магнитов ассиметрия контуров и перераспределение мощностей меняется на противоположное. Здесь и далее рассмотрен пример доминирования σ моды над π модой Небольшой рост мощности (Iσ) перед участком спада обусловлен тем, что коэффициент насыщения σ-волны в слабых магнитных полях преобладает над уменьшением коэффициента усиления, а провал в контуре мощности (Iσ) близок к провалу Лэмба (Δξ) [В.Г. Гуделев. В.М. Ясинский «Двухчастотный гелий-неоновый лазер в поперечном магнитном поле», «Квантовая электроника», 9, № 7, 1982, с. 1420-1424].
В малогабаритном активном элементе длиной не более 135 мм, расстояние между частотами резонатора:
8
-3
-1
Δν=C/2Ln=(3×10 м/С)/(2⋅135×10 м)=1100 МГц.
поэтому с учетом потерь в резонаторе в большую часть контура зависимости мощности от частоты расстройки резонатора (ξ) попадает только одна частота и поляризация. Однако на краях контура возможно одновременное существование обеих мод.
При наложении поперечного магнитного поля вид контуров изменяется, причем в зависимости от зеркал активного элемента напряженность магнитного поля подбирается так, чтобы один из контуров, занимающий большую площадь, имел провал интенсивности, что позволяет стабилизировать мощность излучения в данном провале, расположенном вблизи центра контура усиления.
Соответственно при наложении поперечного магнитного поля величиной 0,1 до 50 мТл величина и форма изменения контура интенсивности моды, выбранной в качестве рабочей, претерпевает изменения, благоприятно влияющие на стабилизацию:
- происходит рост интенсивности рабочей моды, что позволяет поднимать мощность излучения без увеличения габаритов активного элемента;
- происходит уширение рабочей моды, что позволяет нам исключить появление ортогональной моды в излучении.
-4
Использование управляющего элемента в виде нагревательного элемента, размещенного на внешней поверхности активного элемента позволяет стабилизировать температуру активного элемента с точностью 10°С, обеспечивая необходимый уровень нестабильности частоты и мощности, уменьшить габариты конструкции и упростить технологию изготовления излучателя, так как упрощается конструкция прибора.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов
прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Полезная модель поясняется чертежами:
На фиг. 1 показана конструкция малогабаритного излучателя гелий-неонового лазера;
На фиг. 2 показана зависимость интенсивности излучения активного элемента от частоты расстройки резонатора после включения излучателя без поперечного магнитного поля;
На фиг. 3 показана изменение контура интенсивности излучения работающего активного элемента от частоты расстройки резонатора при наложении поперечного магнитного поля.
Конструкция малогабаритного излучателя гелий-неонового лазера (Фиг. 1) содержит корпус из немагнитного материала 1, на котором закреплен, по крайней мере, один неодимовый магнит 2, расположенный внутри корпуса активный элемент коаксиальной конструкции 3, два симметричных торцевых юстировочных узла 4 с внутренними зеркалами и размещенный на внешней поверхности активного элемента 3 управляющий нагревательный элемент 5.
В сечение А-А показаны силовые линии поперечного магнитного поля от неодимового магнита.
Σ
В процессе работы He-Ne лазера стабилизация излучателя осуществляется методом сравнения мощности первой из мод с опорным значением. Без поперечного магнитного поля зависимость интенсивности излучения активного элемента от частоты расстройки резонатора представлена на Фиг 2, а с учетом влияния магнитного поля на Фиг. 3, где рабочая мода излучателя I уширяется и растет по мощности. Управление длиной резонатора производится путем подачи напряжения на нагревательный элемент.
-8
Изготовленный на основе заявленной полезной модели малогабаритный излучатель He-Ne лазера обеспечивает нестабильность оптической частоты 1⋅10 отн.ед., нестабильность мощности лазерного излучения 1% за 4 часа непрерывной работы при этом выходная мощность составляет 1 мВт при длине излучателя 135 мм и величине поперечного магнитного поля, созданного неодимовыми магнитами, 10 мТл
Таким образом заявленное техническое решение позволяет создать малогабаритный излучатель He-Ne лазера с высокой мощностью излучения и высокими стабильностью мощности и оптической частоты излучения.