Параметрический генератор света

(12) н озг 7/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ комигвт РЕСПУБЛИКИ БЕПАРУСЬ 60 ПАЕМИЕТРИЧЕСКИЙЕЕНЕРАТОРСВЕТА(73) Патентообладатель Тугбаев Виталий Аркадьевич (ВУ)Параметрический генератор света, содержащий кольцевой резонатор с обратной связью по одной из двух генерируемых волн, образованный первой и второй прямоугольными призмами полного внутреннего отражения, выполненными из оптически изотропного материала, и установленные последовательно между призмами одноосный нелинейный кристалл с плоскопараллельными рабочими гранями и зеркало ввода-вывода накачки, расположенные на обеих параллельных оптических осях замкнутого оптического контура, образованного призмами, при этом плоскости главных сечений призм перпендикулярны плоскости главного сечения кристалла, а Плоскость зеркала перпендикулярна плоскости главного сечения первой призмы,отличающийся тем, что на обеих указанных осях между зеркалом и второй призмой установлена плоская дифракционная решетка отражательного типа, причем ее плоскость дисперсии перпендикулярна плоскости главного сечения второй призмы, а призма установлена с возможностью поворота в плоскости дисперсии решетки.1.115 5 477 378 А, МПКб 6 О 2 Р 1/39, 1995. 2. Дмитриев В.Г., Тарасов Л.В. Прикладная нелинейная оптика Генераторы второй гармо ники и параметрические генераторы света. - М. Радио и связь, 1982. - С. 352.Изобретение относится к устройствам для параметрической генерации когерентного излучения, перестраиваемого в широком оптическом диапазоне, и может быть использовано при создании спектральной аппаратуры лабораторного и промышленного назначения.Известен параметрический генератор света (ПГС) 1, состоящий из линейного резонатора,образованного двумя плоскими резонаторными зеркалами с высокими коэффициентами отражения в широком спектральном диапазоне. На оптической оси между резонаторньтми зеркалами последовательно друг за другом расположены зеркало ввода накачки, два одноосных нелинейных кристалла с плоскопараллельными рабочими гранями, зеркало вывода накачки и плоская дифракционная решетка отражательного типа. Оптические оси нелинейных кристаллов лежат в плоскости дисперсии решетки. С помощью механизма синхронного поворота кристаллов углы между их оптическими осями поддерживаются равньтми удвоенному углу настройки одного из кристаллов на необходимую спектральную полосу генерации. В результате пространственный снос между пучками генерации и накачки в одном кристалле компенсируется сносом в другом кристалле и повышается эффективность параметрического преобразования 2. Решетка обеспечивает дополнительное сужение спектральной полосы генерации З. Более тонкая спектральная настройка длины волны генерации производится поворотом ближайшего к решетке резонаторного зеркалу в плоскости ее дисперсии. В качестве полезного сигнала используется излучение параметрической генерации, отраженное от решетки.Как известно, для сужения спектральной полосы генерации требуется сокращение базы резонатора до технически приемлемых пределов или уменьшение диаметра пучка накачки 4. С другой стороны, введение в резонатор дифракционной решетки вносит дополнительные потери и снижает эффективность параметрического преобразования. Поэтому необходимо компромиссное техническое решение, отличающееся компактностью конструкции и обеспечивающее необходимое сужение спектральной полосы при минимальной потере эффективности.Наиболее близким к изобретению аналогом - прототипом - представляется кольцевой ПГС 5, резонатор которого образован двумя прямоугольными призмами полного внутреннего отражения, изготовленными из оптически изотропного материала, и расположенными таким образом, что плоскости их главных сечений параллельны ДРУГ другу. Между призмами сформирован замкнутый оптический контур (кольцо) с двумя параллельными оптическими осями. На обеих осях в резонаторе установлены одноосный нелинейный кристалл с плоскопаралдельными рабочими гранями и зеркало ввода-вывода накачки, причем плоскости этого зеркала и главного сечения кристалла перпендикулярны плоскостям главных сечений призм. Вывод полезного излучения осуществляется с помощью широкополосного внутрирезонаторного зеркала, частично отражающего излучение в спектральной области одной из двух генерируемых волн и имеющего высокий коэффициент отражения в спектральном диапазоне излучения другой волны. Компенсация пространственного сноса между пучками генерации и накачки происходит в одном и том же кристалле автоматически во всем диапазоне угловой настройки без применения механизма синхронного поворота, что значительно упрощает конструкцию и делает ее более компактной. Кроме того, из однонаправленного характера параметрической генерации очевидным образом следует, что внутрирезонаторные потери на отражение за один полный обход резонатора для кольцевого ПГС такого типа ниже, чем для эквивалентного линейного ПГС без дифракционной решетки. Однако в рассматриваемом кольцевом ПГС не полностью подавлена обратная связь по другой генерируемой волне, т.к. современная технология изготовления широкополосных зеркал не обеспечивает полного отражения излучения в спектральном диапазоне этой волны, что может отрицательно влиять на стабильность спектральных характеристик генерируемого излучения 2. Отсутствие дифракционной решетки в оптической схеме не позволяет дополнительно сузить спектральную полосу такого ПГС и,таким образом, ограничивает область его применения.Задача изобретения - создание кольцевого ПГС с дифракционной решеткой.Техническим результатом является сужение спектральной полосы генерации и подавление обратной связи по одной из генерируемых волн.Сущность изобретения поясняется фигурой чертежа, на котором изображена принципиальная оптическая схема заявляемого ПГС, показывающая взаимное расположение основных конструктивных элементов и ориентацию оптических осей устройства.Согласно изобретению, ПГС содержит кольцевой резонатор, образованный двумя прямоугольными призмами 1 и 2 полного внутреннего отражения. Призмы 1 и 2 образуют замкнутый оптический контур (кольцо) с оптическими осями 3, 4, 5 и 6, которые параллельны соответственно оптическим осям 7, 8, 9 и 10. Между призмами 1 и 2 последовательно друг задругом на обеих оптических осях 3 и 7 установлен одноосный нелинейньнй кристалл 11 с плоскопаралпельными рабочим гранями, а на обеих осях 4 и 8 установлено зеркало 12 вводавывода накачки. Оптические оси 13 и 14 параллельны друг другу и совпадают с направлениями соответственно ввода и вывода накачки. Плоскости главных сечений призм 1 и 2 перпендикулярны плоскости главного сечения кристалла 11, содержащей его оптическую ось 15, а плоскость зеркала 12 перпендикулярна плоскости главного сечения призмы 1.В отличие от прототипа в резонаторе на обеих осях 5 И 9 между зеркалом 12 и призмой 2 дополнительно установлена плоская дифракционная решетка 16 отражательного типа. Плоскость дисперсии решетки 16 перпендикулярна плоскости главного сечения призмы 2, при этом призма 2 установлена с возможностью поворота в плоскости дисперсии решетки 16. Оптическая ось 17 совпадает с направлением вывода полезного излучения.ПГС работает следующим образом. Линейно поляризованный пучок накачки от когерентного источника (на чертеже не показан) вводится в резонатор вдоль оси 13 и затем зеркалом 12 направляется вдоль оси 8 в кристалл 11, генерируя в нем два пучка (коротковолновый и длинноволновый), которые распространяются вдоль оси 7 к призме 1. После двухкратного полного внутреннего отражения в призме 1 указанные пучки возвращаются в кристалл 11 вдоль оси 3 И выходят из него вдоль оси 4. В свою очередь пучок накачки, распространяясь в кристадше 11 вдоль оси 18 и испытав в нем пространственный снос относительно пучков генерации, выходит из кристалла 11 и после двухкратного полною внутреннего отражения в призме 1 возвращается в кристалл 11 вдоль оси 19, компенсирует первоначальный пространственный снос, дополнительно усиливает пучки генерации и выходит из кристалла 11 вдоль оси 4. Остаточное непреобразованное излучение накачки отражается от зеркала 12 и выводится из резонатора вдоль оси 14. Пучки генерации распространяются далее вдоль оси 5 к решетке 16 и дифрагируюгг на ней. Один из пучков после дифракции распространяется вдоль оси 6, дважды претерпевает полное внутреннее отражение в призме 2, возвращается к решетке 16, снова дифрагирует на ней и распространяется далее вдоль осей 9 и 8 к кристаллу 11, совершив таким образом полный обход по замкнутому оптическому контуру кольцевого резонатора. Другой пучок с длиной волны, существенно отличающейся от длины волны первого пучка,дифрагирует на решетке 16 в направлении, не совпадающем с осью 6, и в результате выводится из резонатора. Таким образом, полностью подавляется обратная связь по данной генерируемой волне.Сужение спектральной полосы генерации путем введения в резонатор решетки 16 демонстрируется на примере конкретного осуществления изобретения, в котором кольцевой резонатор образован двумя прямоугольными призмами 1 и 2 полного внутреннего отражения, выполненными из плавленного кварца, являющегося оптически изотропным материалом. В качестве решетки 16 использована стандартная плоская дифракционная решетка отражательного типа с количеством штрихов на миллиметр 1800. Благодаря выбранному профилю штрихов обеспечена более высокая Отражательная способность решетки для излучения в сине-зеленой области спектра с направлением колебаний электрического вектора параллельно штрихам. В качестве нелинейного кристалла 11 использован одноосный отрицательный кристалл бета-бората бария(ВВО) 1 с размерами рабочих плоскопараллельных граней 10 хб ммд геометрической длиной 10 мм и углом среза 30 (синхронизм Е-го типа). Средняя геометрическая длина резонатора составляет 80 мм. Оптической накачкой служит излучение третьей гармоники лазера на гранате с неодимом с длительностью импульса 8 нс и величиной пространственной расходимости вблизи дифракционного предела. Диаметр пучка накачки внутри резонатора составляет около 1 мм. В результате при ширине спектральной полосы излучения накачки 0,3 см 1 достигается сужение спектральной полосы генерации до 0,12 см 1 при длине волны 500 нм.Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.