УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДУЛЯЦИИ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА ЛАЗЕРА

УСТРОЙСТВО для МОДУЛЯЦ1Ш ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА
Нолезная модель относится к квантовой электронике и может быть использована для осуществления режима модуляции добротности резонатора в твердотельных лазерах.
Известен способ модуляции добротности резонатора лазера при помощи устройств на эффекте нарушения полного внутреннего отражения (НПВО) И.И. Нахомов, О.В. Рожков, В.Н. Рождествин «Оптикоэлектронные квантовые приборы : Учеб. пособие для вузов/ Под ред. И.И. Нахомова. - М.: Радио и связь, 1982.-с 258.
Основным недостатком таких модуляторов являются больщое время переключения добротности резонатора, что приводит к увеличению длительности импульса генерации и падению импульсной мощности излучения, а при определенных условиях - к генерации нескольких импульсов за одно срабатывание модулятора.
Известна конструкция НПВО - модулятора, в которой для увеличения скорости включения в качестве управл51ющих элементов используется набор пьезоэлектрических пластин, при последовательной подаче на каждую из которых импульсов управляющего напряжения с соответствующей задержкой
ЛАЗЕРА
во времени, происходит формирование короткого фронта акустической волны С.М. Малинин, Л.Л Шапиро и др. «Способ управления модулятором оптического излучения патент RU №2022433, Н01 S3/10 от 30.10.94.
Другой особенностью такой конструкции модулятора является увеличение угла падения излучения на рабочую поверхность до 80° для повышения скорости переключения.
К недостаткам такого типа модуляторов на эффекте НПВО можно отнести их поляризационную анизотропию, возникающую из-за увеличения угла падения, низкий контраст и относительно небольшой ресурс, что связано с выходом из строя поверхностей гипотенузных граней призм модулятора за счет соударений в процессе работы.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для осуш;ествления режима модуляции добротности резонатора лазера А.А. Данилов, Е.В. Жариков и др. «Оптически плотные активные среды. Труды ИОФАН, Т.26, М: «Наука, 1990, с. 128, рис.4., схема которого изображена на Фиг. 1.
Указанное устройство состоит из НПВО-затвора, образованного призмами 1,2с закрепленными на них пьезоэлементами 3, 4, и зеркал 5, 6, 7, имеющих максимальный коэффициент отражения на длине волны генерации, образующих совместно с НПВО - затвором и активным элементом 8 резонатор лазера.
Особенностью работы модулятора в данном устройстве является его использование в качестве элемента, выводящего излучение из резонатора.
К числу недостатков данной схемы можно отнести малую устойчивость к разъюстировке из-за возникновения в активном элементе термоаберраций первого порядка (теплового клина), приводящих к уменьшению мощности генерации и изменению направления распространения излучения, вывод излучения генерации под углом к оси резонатора, а также неоптимальность условий развития генерации, что приводит к увеличению длительности и уменьшению импульсной мощности излучения.
Целью полезной модели является создание устройства для модуляции изл5Д1ения, сочетающего в себе простоту управления и малые потери в открытом состоянии, присущие НПВО-модуляторам, одновременно с увеличением скорости включения и приданием резонатору свойства неразъюстируемости.
Указанная цель достигается тем, тто используется модулирующее устройство, содержащее НПВО-затвор и отклоняющие элементы (выполненные в виде зеркал или призм), отличающееся тем, что НПВО-затвор и отклоняющие элементы образуют кольцевой интерферометр Саньяка, в котором НПВО-затвор является светоделителем.
Предлагаемое устройство лищено характерных для прототипа недостатков, таких как малая устойчивость к разъюстировке из-за возникновения в
активном элементе термоаберраций первого порядка, низкая скорость переключения добротности резонатора, небольшой ресурс работы.
Дополнительным достоинством предлагаемого устройства является возможность его использования для селекции поперечных мод, сглаживания неоднородностей в поперечном распределении интенсивности и уменьшения расходимости генерируемого излучения, благодаря наличию свойств квадратичной аподизирующей диафрагмы и оборачиванию изображения. Эти свойства возникают из-за конструктивных особенностей НПВО-затвора и усиливаются интерференцией.
Следует отметить такие достоинства предлагаемого устройства, как возможность вывода излучения вдоль оси резонатора лазера, снижение управляюшего напряжения и увеличения ресурса работы затвора (по сравнению с применением НПВО-затворов в других модулирующих устройствах)
Рассмотрим принцип действия предлагаемого устройства в резонаторе лазера (см. Фиг.2.). Устройство состоит из НПВО-затвора, образованного призмами 1 и 2 с закрепленными на них пъезоэлементами 3, 4, и зеркал 5, 6, 7, имеющих максимальный коэффициент отражения на длине волны генерации под углом падения 45°.
В начальный момент времени, когда затвор закрыт (промежуток между призмами 1 и 2 максимален), излучение, пришедшее из резонатора лазера, содержащего кроме модулирующего устройства активный элемент 8 и выходное зеркало 9, испытывает полное внутреннее отражение на грани призмы 1 и направляется на зеркало 7. Далее, последовательно отражаясь зеркалами 6 и 5, излучение направляется в призму 2 ШШО-затвора, где вновь испытывает полное внутреннее отражение и покидает резонатор.
При приходе управляющего импульса напряжения пьезоэлементы 3,4 создают упругую волну в призмах НПВО-затвора, приводящую к уменьшению промежутка между ними, нарушению полного внутреннего отражения и росту пропускания затвора. При этом часть излучения будет проходить по интерферометру в направлении зеркал 5,6,7. Эффективный коэффициент отражения модулятора определяется интерференцией двух пучков, обходящих элементы интерферометра в противоположных направлениях. Пусть Rкоэффициент пропускания НПВО-затвора, зависящий от относительной величины промежутка между призмами. Тогда эффективный коэффициент отражения ReiY можно найти как
Refi 4R-4R2
Зависимость эффективного коэффициента отражения предлагаемого модулирующего устройства от относительного расстояния между призмами (кривая 1) представлена на Фиг.З , где для сравнения приведена аналогичная зависимость для схемы с интерферометром Майкельсона (кривая 2). Как видно из представленной зависимости, при коэффициенте отражения ,5 предлагаемое устройство отражает 100% излучения обратно в резонатор
(). Это значительно повышает скорость срабатывания и обеспечивает больший контраст модуляции. Применение призм затвора с углом падения 45 позволяет избавиться от поляризационной анизотропии модулятора. Оборачивание изображения при прохождении кольцевой схемы интерферометра придает резонатору лазера свойства неразъюстируемости в этой плоскости. Для придания резонатору неразъюстируемости в перпендикулярном направлении достаточно добавить в П эедлагаемый модулятор-интерферометр между зеркалами 6 и 7 (см. Фиг.2) призму Дове или применить вместо зеркал 5 и 6 триппель-призму (уголковый отражатель).