ЛАЗЕР С ОПТИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ ГЕНЕРАТОРОМ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для параметрической генерации излучения, и может быть использована для создания источников направленного излучения.
4
Известен лазер с оптическим параметрическим генератором (ЛОПГ) [1], включающий образованный глухим сферическим зеркалом и плоским выходным зеркалом лазерный резонатор, в котором установлены оптически связанные активный элемент, плоское внутреннее зеркало, образующее с выходным зеркалом вторичный внутренний резонатор, поляризатор, установленный между плоским внутренним и глухим сферическим зеркалами, кристалл КТР (титанила фосфата калия или KTiOPO), имеющий плоскопараллельные рабочие грани и расположенный во вторичном внутреннем резонаторе, причем коэффициент отражения плоского выходного зеркала для выходного излучения оптического параметрического генератора находится в пределах от 0,1 до 0,8.
Такой ЛОПГ с расположением оптических элементов в одну линию позволяет получить максимальный КПД, однако имеет и максимальную длину.
Меньшую длину имеет ЛОПГ [2], являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранный в качестве прототипа.
ЛОПГ включает оптически связанные активный элемент, помещенный в лазерный резонатор, образованный глухим зеркалом и выходным зеркалом, внутреннее зеркало, установленное между активным элементом и выходным зеркалом и образующее с выходным зеркалом вторичный внутренний резонатор, с расположенным в нем нелинейным кристаллом КТР, поляризатор, установленный между внутренним и глухим зеркалами, оптическое устройство для изменения направления оси лазерного резонатора, расположенное между активным элементом и внутренним зеркалом, причем коэффициент отражения выходного зеркала для выходного излучения оптического параметрического генератора (ОПГ) находится в пределах от 0,4 до 0,8.
Наличие в лазерном резонаторе оптического устройства для изменения направления оси лазерного резонатора, и раздельное расположение глухого, внутреннего и выходного зеркал и нелинейного кристалла предъявляет повышенные требования к юстировке и создает высокую чувствительность к разъюстировке лазерного и вторичного внутреннего резонаторов, и соответственно, уменьшает надежность ЛОПГ при механических воздействиях и изменениях температуры.
Задачей полезной модели является увеличение надежности ЛОПГ за счет повышения стойкости резонатора излучателя ЛОПГ к механическим воздействиям и изменениям температуры.
Сущность полезной модели заключается в том, что лазер с оптическим параметрическим генератором, включающий оптически связанные активный элемент, помещенный в лазерный резонатор, образованный глухим зеркалом и выходным зеркалом, внутреннее зеркало, установленное между активным элементом и выходным зеркалом и образующее с выходным зеркалом вторичный внутренний резонатор, с расположенным в нем нелинейным кристаллом, оптическое устройство для изменения направления оси лазерного резонатора, установленное между активным элементом и внутренним зеркалом, в отличие от прототипа, снабжен единой опорой, на которой закреплены указанные зеркала и нелинейный кристалл.
Наличие единой опоры, на которой закреплены указанные зеркала и нелинейный кристалл позволяет увеличить надежность ЛОПГ за счет повышения стойкости резонатора излучателя ЛОПГ к механическим воздействиям и изменениям температуры.
Полезная модель поясняется рисунком.
На фигуре представлена схема ЛОПГ.
ЛОПГ включает лазерный резонатор, образованный глухим зеркалом 1 и выходным зеркалом 2, в котором установлены оптически связанные активный элемент 3, внутреннее зеркало 4, установленное между активным элементом 3 и выходным зеркалом 2 и образующее с выходным зеркалом 2 вторичный внутренний резонатор, в котором расположен нелинейный кристалл КТР 5, поляризатор 6, установленный между активным элементом 3 и глухим 1 зеркалом, затвор 7 для модуляции добротности лазера, установленный между глухим зеркалом 1 и поляризатором 6, оптическое устройство 8 для изменения направления оси лазерного резонатора, установленное между активным элементом 3 и внутренним зеркалом 4 и выполненное в виде призмы, изменяющей направление оси лазерного резонатора на 180 градусов.
ЛОПГ снабжен единой опорой 9, на которой закреплены указанные зеркала 1, 2, 4 и нелинейный кристалл 5.
Глухое зеркало 1 имеет коэффициент отражения ρ>0, 99 для излучения лазера в области длин волн λ~1,06 мкм.
Выходное зеркало 2 изготовлено из кварцевого стекла КИ или КУ и выполнено в виде плоского зеркала, являющегося глухим для излучения лазера с λ~1,06 мкм (коэффициент отражения ρ>0, 99) и пропускающим выходное излучение ЛОПГ с λ~1,58 мкм. Оно имеет коэффициент отражения ρ=0,6 для выходного излучения ЛОПГ.
Активный элемент 3 (⌀4×65 мм) изготовлен из иттрийалюминиевого граната с неодимом (ИАГ) и позволяет получить длину волны излучения лазера λ=1,064 мкм.
Внутреннее зеркало 4 изготовлено из кварцевого стекла КИ или КУ, выполнено плоским и образует с выходным зеркалом 2 вторичный внутренний резонатор. Внутреннее зеркало 4 пропускает излучение лазера с длиной волны λ=1,064 мкм и отражает выходное излучение ЛОПГ в области длин волн λ~1,58 мкм.
Во вторичном внутреннем резонаторе, образованном выходным зеркалом 2 и внутренним зеркалом 4, установлен нелинейный кристалл 5, изготовленный из двухосного кристалла КТР, плоскопараллельные рабочие грани которого выполнены перпендикулярными главной оси Х индикатрисы показателей преломления кристалла КТР с точностью ±30'.
Поляризатор 6 выполнен в виде тонкой прозрачной пластины из стекла К8 с плоскопараллельными рабочими гранями и установлен между активным элементом 3 и глухим зеркалом 1. В лазерном резонаторе поляризатор 6 расположен таким образом, что нормаль к плоскопараллельным рабочим граням его составляет с оптической осью лазерного резонатора угол, близкий к углу Брюстера.
р
s
Для увеличения степени поляризации излучения и увеличения эффективности преобразования излучения лазера в излучение ЛОПГ на одну плоскопараллельную рабочую грань поляризатора 6 нанесено поляризующее интерференционное покрытие В.006+ по ОСТ3-1901-95, имеющее для излучения с длиной волны λ=1,064 мкм при установке поляризатора 6 таким образом, что нормаль к плоскопараллельным рабочим граням его составляет с оптической осью лазерного резонатора угол, близкий к углу Брюстера, коэффициент пропускания τ>99% при расположении электрического вектора в плоскости падения, и коэффициент пропускания τ<1% при расположени электрического вектора перпендикулярно плоскости падения.
Во вторичном внутренннем резонаторе ЛОПГ кристалл КТР 5 расположен так, что указанная ось Х направлена вдоль оптической оси резонатора, вдоль которой на кристалл КТР 5 направлено поляризованное излучение лазера с длиной волны λ=1,064 мкм, а главная ось Z индикатрисы показателей преломления кристалла КТР 6 направлена параллельно плоскопараллельным рабочим граням поляризатора 6.
В этой схеме электрический вектор Е линейно поляризованного излучения лазера с длиной волны λ=1,064 мкм находится в плоскости падения излучения (расположенной на фигуре в плоскости чертежа) на плоскопараллельные рабочие грани поляризатора 6, и соответственно, перпендикулярен главной оси Z (расположенной на фигуре перпендикулярно плоскости чертежа) индикатрисы показателей преломления кристалла КТР 5.
Электрооптический затвор 7 предназначен для модуляции добротности лазера.
Оптическое устройство 8 для изменения направления оси лазерного резонатора, установленное между активным элементом 3 и внутренним зеркалом 4, выполнено в виде призмы БР-180, изменяющей направление оси лазерного резонатора на 180 градусов.
Единая опора 9, на которой закреплены зеркала 1, 2, 4 и нелинейный кристалл 5, изготовлена из ситалла.
ЛОПГ работает следующим образом.
В резонаторе лазера с активным элементом 3 из ИАГ, образованном глухими (для излучения в области длин волн λ=1,064 мкм) зеркалом 1 и выходным зеркалом 2 (которое является одновременно и выходным для излучения ОПГ с λ~1,58 мкм) генерируется при использовании затвора 7 импульс поляризованного излучения с длиной волны λ=1,064 мкм и длительностью около 10 нс с расположением электрического вектора Е в плоскости падения излучения на плоскопараллельные рабочие грани поляризатора 6. Это излучение проходит вдоль оптической оси резонатора ЛОПГ через внутреннее зеркало 4 на нелинейный двухосный кристалл КТР 5. В нелинейном кристалле КТР 5, находящемся во вторичном внутреннем резонаторе между выходным и внутренним зеркалами 2 и 4, соответственно, импульсное поляризованное излучение с длиной волны λ=1,064 мкм параметрически преобразовывается в излучение сигнальной волны с длиной волны в области 1,58 мкм и излучение холостой волны с длиной волны в области 3,3 мкм. Излучение сигнальной волны усиливается в резонаторе, составленном из выходного для излучения ЛОПГ и внутреннего зеркал 2 и 4, соответственно, с расположенным между ними кристаллом КТР 5, и выходит наружу через выходное для излучения ЛОПГ зеркало 2.
Наличие резонатора ОПГ внутри резонатора лазера накачки позволяет получить высокие плотности мощности накачки в области ОПГ, за счет чего повышается эффективность преобразования в излучение сигнальной волны. Кроме того, многократное отражение излучения сигнальной волны с длиной волны в области 1,58 мкм в резонаторе, составленном из выходного для излучения ОПГ и внутреннего зеркал 2 и 4, соответственно, также позволяет увеличить эффективность преобразования излучения с длиной волны λ=1,064 мкм в излучение с длиной волны в области 1,58 мкм.
При механических воздействиях и изменениях температуры может меняться взаимное расположение призмы БР-180 8, глухого и выходного зеркал 1 и 2 и внутреннего зеркала 4 и нелинейного кристалла 5. Однако так как упомянутые зеркала и нелинейный кристалл 5 закреплены на единой опоре 9, изменение углового положения их одинаково, в связи с чем отсутствует разьюстировка резонатора лазера накачки.
При электрической энергии импульса накачки ЛОПГ, равной 7 Дж, энергия импульса излучения с длиной волны в области 1,58 мкм составляет до 25 мДж.
Таким образом обеспечивается увеличение надежности ЛОПГ за счет повышения стойкости резонатора излучателя ЛОПГ к механическим воздействиям и изменениям температуры.
Источники информации.
1 Патент на ПМ BY №3871. Опубл. 30.10.07 г., МПК Н01S 3/00, G02F 1/00.
2 Патент на ПМ RU №23020. Опубл. 10.05.02 г., МПК H01S 3/00. - Прототип.