Лазер з перебудовується довжиною хвилі випромінювання

Наши партнеры ArtmMisto

Винахід відноситься до лазерної техніки, а саме до лазерів з перебудовується довжиною хвилі випромінювання. Лазер містить два резонатора, оптично пов'язаних між собою і встановлених на загальній осі. Перший резонатор сформований першим напівпрозорим вихідним і другим прозорим для довжин хвиль з високим коефіцієнтом посилення і непрозорим для довжин хвиль з низьким коефіцієнтом посилення дзеркалами. Другий резонатор сформований першим напівпрозорим вихідним і третім високоотражающім для довжин хвиль з високим коефіцієнтом посилення дзеркалами. Активний елемент встановлений в першому резонаторі. Затвор розміщений у другому резонаторі між другим і третім дзеркалами. Затвор виконаний у вигляді встановленої перпендикулярно осі резонатора витягнутої кювети з наскрізним отвором, центр якого збігається з оптичною віссю резонатора, усередині кювети розташований непрозорий для лазерного випромінювання елемент з можливістю переміщення уздовж кювети. Технічний результат винаходу полягає в підвищенні ефективності процесу перемикання лазера з однієї довжини хвилі випромінювання на іншу. 1 з.п.ф-ли, 2 мул.

Винахід відноситься до квантової електроніки і може бути використано в перебудовуються по довжинах хвиль газових лазерах для космічної техніки, зокрема, при юстування антен радіотелескопів, а також в інфрачервоній техніці при юстування оптичних схем приладів нічного бачення.

Відомий оптичний квантовий генератор з випромінюванням на двох і більше довжинах хвиль, що містить резонатор, одна половина якого виконана у вигляді обертового барабана зі змінними дзеркалами або дифракційними гратами, друга половина резонатора містить нерухоме дзеркало, яке має максимуми відображення на всіх довжинах хвиль. Для переходу на потрібну робочу довжину хвилі барабан обертають до фіксованого положення одного з дзеркал або решітки, см. Заявка РСТ 88/08631, кл. H 01 S 3/1055, опубл. 03.11.88. Недоліком цього лазера є збільшені габаритні розміри випромінювача за рахунок установки механізму перемикання дзеркал, необхідна висока точність установки положення дзеркал, що переміщаються, що вимагає додаткової механічної под'юстіровкі резонатора, наявність взаімоперемещающіхся деталей в системі перемикання дзеркал, що знижує надійність лазера і збільшує трудомісткість при роботі з таким лазером . Крім того, при додатковій под'юстіровке перемикаються дзеркал зміщується траєкторія вихідного пучка лазерного випромінювання, що робить такий лазер неприйнятним при вирішенні ряду завдань. Відомо лазерний пристрій, що дозволяє отримувати промодулірованной лазерне випромінювання на декількох довжинах хвиль з високим і низьким коефіцієнтом посилення, що містить один середній і два торцевих відображають дзеркала, що утворюють протилежні оптичні резонатори, лазерну розрядну трубку, розташовану між першим торцевих і середнім дзеркалами, і світловий модулятор, розташований між середнім і другим торцевих дзеркалами. За допомогою обох оптичних резонаторів порушуються лазерні випромінювання двох і більше довжин хвиль. За допомогою модулятора модуляція накладається на лінію генерації лазерного випромінювання з високим коефіцієнтом посилення, при цьому модулюється лазерне випромінювання генераційної лінії з низьким коефіцієнтом посилення, см. Заявка Японії 59-17872, кл. H 01 S 3/10, опубл. 1984. Недоліком вказаного лазерного пристрою є одночасне наявність в лазерному випромінюванні довжин хвиль з високим і низьким коефіцієнтами посилення, що не дозволяє отримати максимально можливу потужність кожної зі складових лазерного випромінювання, крім того, для роботи модулятора необхідна подача на нього регулює напруги, що підвищує енергоємність приладу в цілому і знижує його надійність. Найбільш близьким пристроєм того ж призначення до заявляється об'єкту за сукупністю ознак є лазерний резонатор із змінною частотою випромінювання, що містить два резонатора, оптично пов'язаних між собою, перший з яких сформований першим напівпрозорим вихідним і другим напівпрозорим для довжин хвиль з високим коефіцієнтом посилення і непрозорим для довжин хвиль з низьким коефіцієнтом посилення дзеркалами, а другий резонатор сформований першим напівпрозорим вихідним і третім високоотражающім для довжин хвиль з високим до коефіцієнтом посилення дзеркалами, активний елемент, встановлений в першому резонаторі, і затвор, розміщений у другому резонаторі між другим і третім дзеркалами, см. заявка ФРН 3713635, кл. Н 01 S 3/105, опубл. 1987, прийнято за прототип. Коли затвор закриває третину дзеркало, то працює перший резонатор, що генерує лазерне випромінювання з довжинами хвиль з низьким коефіцієнтом посилення. Коли затвор відкривається третя дзеркало, то починається генерація лазерного випромінювання з довжинами хвиль з високим коефіцієнтом посилення, яка пригнічує генерацію хвиль з низьким коефіцієнтом посилення. Недоліком даного пристрою є використання в ньому або енергоємних електромагнітних затворів, наприклад, див. Патент США 4799767, кл. G 02 В, опубл. 1989, або механічних затворів у вигляді фігурних пластин або невеликих планок, які недостатньо надійні в якості перемикачів довжин хвиль, см. Патент Франція 1436046, кл. G 01 j, опубл. 1966. Суть винаходу полягає в наступному. Завданням запропонованого винаходу є створення малогабаритного надійного, що не потребує додаткових енерговитрат, простого в обслуговуванні лазера з перебудовується довжиною хвилі. Технічний результат досягається за рахунок запропонованого конструктивного виконання механічного затвора, що забезпечує просте чітке перемикання лазера з однієї довжини хвилі на іншу без зміни просторового положення пучка випромінювання та використання енергоємних пристроїв. Зазначений технічний результат при здійсненні винаходу досягається тим, що в лазері з перебудовується довжиною хвилі випромінювання, що містить два резонатора оптично пов'язаних між собою і встановлених на загальній осі, перший з яких сформований першим напівпрозорим вихідним і другим напівпрозорим для довжин хвиль з високим коефіцієнтом посилення і непрозорим для довжин хвиль з низьким коефіцієнтом посилення дзеркалами, а другий резонатор сформований першим напівпрозорим вихідним і третім високоотражающім для довжин хвиль з високим м коефіцієнтом посилення дзеркалами, активний елемент, встановлений в першому резонаторі, і затвор, розміщений у другому резонаторі між другим і третім дзеркалами, затвор виконаний у вигляді встановленої перпендикулярно осі резонатора витягнутої кювети з наскрізним отвором, центр якого збігається з оптичною віссю резонатора, усередині кювети розташований непрозорий для лазерного випромінювання елемент з можливістю вільного переміщення вздовж кювети до двох обмежувачів, які забезпечують розташування центру непрозорого елемента в ц Нтрей отвори або за межами отвори, при цьому лазер виконаний з можливістю повороту навколо своєї оптичної осі на кут, що забезпечує періодичне перекривання отвору кювети непрозорим елементом, площа наскрізного отвору кювети менше площі проекції непрозорого елемента на цей отвір, а діаметр отвору в кюветі d і відстань I між обмежувачами кювети обрані з виразів d K; 1 2b, де К - апертура розрядного каналу; b - довжина непрозорого елемента. Кювету в заявляється лазері виконана у вигляді закритої на торцях скляної трубочки, а непрозорим елементом служить металева кулька. Оскільки апертура розрядного каналу в активному елементі обчислюється в одиницях міліметрів, то діаметр кульки може бути досить малих розмірів, що робить кювету компактної, легкої і конструктивно зручною при розміщенні всередині резонатора. Перемикання довжин хвиль здійснюється поворотом випромінювача і не вимагає додаткової підстроювання. Так як діаметр отвору більше або дорівнює апертурі розрядного каналу, то лазерне випромінювання проходить через нього повністю, без дифракційних втрат, що дозволяє отримувати максимально можливу в даному резонаторі потужність на довжинах хвиль з високим коефіцієнтом посилення. Вибір відстані між двома обмежувачами більшим чи рівним двом довжинам непрозорого елемента, тобто двом діаметрам кульки, і площі проекції непрозорого елемента на отвір більше площі наскрізного отвору дозволяє повністю відкривати або закривати отвір, забезпечуючи чітке перемикання лазера з однієї довжини хвилі на іншу. Проведений заявником аналіз рівня техніки, що включає пошук по патентних і науково-технічним джерел інформації, і виявлення джерел, що містять відомості про аналоги заявленого винаходу, дозволили встановити, що заявником що невиявлений аналог, який характеризується ознаками, ідентичними всім істотним ознаками заявленого винаходу, а визначення з переліку виявлених аналогів прототипу, як найбільш близького за сукупністю ознак аналога, дозволило виявити сукупність істотних по відношенню до усматрів емому заявником технічного результату відмінних ознак в заявленому об'єкті. Отже, заявлений винахід відповідає вимозі "новизна" за чинним законодавством. Для перевірки відповідності заявленого винаходу вимогу винахідницького рівня заявник провів додатковий пошук відомих рішень, результати якого показують, що заявлений винахід не слід для фахівця явним чином з відомого рівня техніки, оскільки з рівня техніки не виявлено впливу передбачаються суттєвими ознаками заявленого винаходу перетворень на досягнення технічного результату . Отже, заявлений винахід відповідає вимозі "винахідницький рівень" за чинним законодавством. На фіг.1 зображена структурна схема лазера, на фіг.2 зображено затвор. Лазер містить коаксіальний активний елемент 1, на торцях якого методом твердої запаювання встановлені напівпрозоре вихідний дзеркало 2 і прозоре для довжин хвиль з високим коефіцієнтом посилення і непрозоре для довжин хвиль з низьким коефіцієнтом посилення дзеркало 3. Оболонка коаксіального активного елементу є також конструктивним елементом резонатора. До цієї оболонці з боку дзеркала 3 твердої запаюванням закріплений стакан 4, на кінці якого також твердої запаюванням встановлено дзеркало 5, високоотражающее для довжин хвиль з високим коефіцієнтом посилення. Всередині склянки в орієнтовно горизонтальній площині закріплений затвор 6. Затвор 6 складається зі скляної трубочки 7 з отвором 8 по оптичної осі 9 резонатора і металевої кульки 10. Активний елемент 1 в зборі встановлюється в циліндричному корпусі 11 і центрується. Зібрана таким чином коаксіальна конструкція випромінювача дозволяє повертати його навколо своєї поздовжньої осі на необхідний кут, достатній для перекочування кульки 10 в скляній трубочці 7. Таким чином, при одному нахилі скляної трубочки 7 кулька 10 звільняє отвір 8, перекочуючись до обмежувача 12, віддаленого від оптичної осі 9 резонатора на відстань, більшу діаметра кульки 10 (положення А), при іншому нахилі - кулька 10 перекриває отвір 8, перекочуючись до другого обмежувача 13, віддаленого від оптичної осі 9 р зонатора на половину діаметра кульки 10 (положення Б). Конструктивно система дзеркал 3, 5 і стакан 4 з затвором 6 знаходяться під високим анодним напругою, тому такий метод перебудови довжин хвиль випромінювання без ускладнення його іншими електронесущімі елементами робить його електробезпечним і зручним. Крім того, центрування активного елементу 1 в корпусі 11 при складанні випромінювача дозволяє проводити перемикання довжин хвиль лазерного випромінювання без зміщення оптичної осі вихідного пучка випромінювання. Лазер працює наступним чином. В активному елементі 1 відбувається генерація як на довжинах хвиль з низьким, так і з високим коефіцієнтом посилення, між якими відбувається конкуренція. Коли кулька 10 знаходиться в положенні Б, то випромінювання з високим коефіцієнтом підсилення не потрапляє на дзеркало 5, і працює резонатор, що складається з дзеркал 2 і 3. Відбувається генерація на довжинах хвиль з низьким коефіцієнтом посилення. Коли кулька 10 знаходиться в положенні А, то випромінювання з високим коефіцієнтом посилення повністю проходить через отвір 8 в скляній трубочці 7 і потрапляє на дзеркало 5. Починає працювати резонатор, що складається з дзеркал 2 і 5. Випромінювання на довжинах хвиль з високим коефіцієнтом посилення пригнічує випромінювання на довжинах хвиль з низьким коефіцієнтом посилення, відбувається генерація випромінювання на довжинах хвиль з високим коефіцієнтом посилення. Оскільки апертура розрядного каналу в активному елементі обчислюється в одиницях міліметрів, то діаметр кульки може бути досить малих розмірів, що робить кювету компактної, легкої і конструктивно зручною при розміщенні всередині резонатора. Перемикання довжин хвиль здійснюється поворотом випромінювача і не вимагає додаткової підстроювання. Так як діаметр отвору більше або дорівнює апертурі розрядного каналу, то лазерне випромінювання проходить через нього повністю, без дифракційних втрат, що дозволяє отримувати максимально можливу в даному резонаторі потужність на довжинах хвиль з високим коефіцієнтом посилення. Вибір відстані між двома обмежувачами більшим чи рівним двом діаметрам кульки і площі проекції кульки на отвір більше площі наскрізного отвору дозволяє повністю відкривати або закривати отвір, забезпечуючи чітке перемикання лазера з однієї довжини хвилі на іншу. Центрування активного елементу в корпусі при складанні випромінювача дозволяє проводити перемикання довжин хвиль лазерного випромінювання без зміщення оптичної осі вихідного пучка випромінювання. Крім того, такий метод перебудови довжин хвиль випромінювання, без ускладнення іншими електронесущімі елементами, робить його електробезпечним і зручним. Наводимо приклад, який доводить можливість практичної реалізації пропонованого лазера з перебудовується довжиною хвилі. Це трьох хвильовий He-Ne лазер ЛГН-118-3В. Лазер може працювати або в режимі одночасного випромінювання на двох лініях інфрачервоного діапазону - 1.15 мкм і 3.39 мкм, або в режимі випромінювання на довжині хвилі 0.63 мкм. Потужності лазерного випромінювання на цих довжинах хвиль становлять 8 мВт, 8 мВт і 15 мВт відповідно при габаритних розмірах 55x870 мм. Пропонований лазер простий в експлуатації, надійний, має мінімальні енергетичні витрати. Він використовується в якості джерела монохроматичного випромінювання при юстування складних оптичних систем приладів інфрачервоної видимості, в системах охоронної сигналізації, а також в інших областях науки і техніки. Наведений приклад показує, що заявлений винахід відповідає вимозі "промислова придатність".

формула винаходу

Лазер з перебудовується довжиною хвилі випромінювання, що містить два резонатора, оптично пов'язаних між собою і встановлених на загальній осі, перший з яких сформований першим напівпрозорим вихідним і другим прозорим для довжин хвиль з високим коефіцієнтом посилення і непрозорим для довжин хвиль з низьким коефіцієнтом посилення дзеркалами, а другий резонатор сформований першим напівпрозорим вихідним і третім високоотражающім для довжин хвиль з високим коефіцієнтом посилення дзеркалами, активний елемент, встановлений в першому резонаторі, і затвор, розміщений у другому резонаторі між другим і третім дзеркалами, що відрізняється тим, що затвор виконаний у вигляді встановленої перпендикулярно осі резонатора витягнутої кювети з наскрізним отвором, центр якого збігається з оптичною віссю резонатора, усередині кювети розташований непрозорий для лазерного випромінювання елемент з можливістю переміщення уздовж кювети до двох обмежувачів, які забезпечують розташування центру непрозорого елемента в центрі отвору або за межами отвори, при цьому лазер виконаний з можливістю ю повороту навколо своєї оптичної осі на кут, що забезпечує періодичне перекривання отвору кювети непрозорим елементом, площа наскрізного отвору кювети менше площі проекції непрозорого елемента на цей отвір, а діаметр отвору в кюветі d і відстань l між обмежувачами кювети обрані з виразів: d K; l 2b, де К-апертура розрядного каналу; b - довжина непрозорого елемента. 2. Лазер по п. 1, який відрізняється тим, що кювету виконана у вигляді закритої на торцях скляної трубочки, а непрозорим елементом служить металева кулька.

МАЛЮНКИ

, малюнок 2