[LT] Išradimas priklauso lazerių sričiai, ypač stabiliems trumpųjų impulsų kietojo kūno lazeriams, tarp jų pikosekundiniams aktyviosios-pasyviosios modų sinchronizacijos pikosekundiniams lazeriams su elektrooptiniu neigiamuoju grįžtamuoju ryšiu optiniams nuostoliams rezonatoriuje valdyti, kuris turi veidrodžius (1) ir (2), sudarančius rezonatorių, kuriame yra impulsų formavimo schema su pasyviąja modųsinchronizacija, lazerio strypas (4) ir rezonatoriaus tuštinimo schema, be to, visos minėtos schemos yra valdomos neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinėje esančio valdymo bloko (12). Nauja yra tai, kadrezonatorius turi atšaką ir suformuoto šviesos impulso nukreipimo į atšaką schemą, valdomą minėtojo valdymo bloko, o minėtoje atšakoje esantis veidrodis (7) su lazerio elementu (4) ir veidrodžiu (2) sudaro papildomą rezonatorių, skirtą regeneratyviam stiprinimui.
[EN] Invention relates in general to lasers, and more specifically to very stable solid state short pulse lasers, in particular to passively-actively mode-locked picosecond lasers employing electrooptical negative feedback circuit to control losses of optical radiation in laser cavity, having mirrors (1) and (2) forming a laser cavity, short optical pulse generation scheme employing passive mode-locking, laser rod (4) and cavity dumping circuit and all mentioned optical radiation control means are driven by control unit (12) comprised in negative feedback circuit. Novelty is a cavity branch and circuit of short optical pulse route to cavity branch driven by above mentioned control unit and mirror (7) located in cavity branch and forming together with laser rod (4) and mirror (2) additional cavity for regenerative optical pulse amplification.
[0001] Išradimas priklauso lazerių sričiai, ypač stabiliems trumpųjų impulsų kietojo kūno lazeriams, būtent pikosekundinių impulsų aktyviosios-pasyviosios modų sinchronizacijos lazeriams.
[0002] Yra žinomas pikosekundinis pasyviosios modų sinchronizacijos neodimio stiklo lazeris su elektrooptiniu neigiamuoju grįžtamuoju ryšiu, turintis rezonatorių, kurį sudaro didelio atspindžio veidrodis, kiuvetė su netiesiškos sugerties įsisotinančiu sugėrikliu (pasyviuoju sinchronizatoriumi) kiuvetėje ir išvadinis veidrodis, tarp kurių yra lazerio strypas, o tarp kiuvetės ir lazerio strypo spinduliuotės kelyje yra elektrooptinis Pokelso narvelis (elektrooptinis moduliatorius) ir poliarizatorius, nukreipiantis dalj spinduliuotės į neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinę, valdančią Pokelso narvelį (žr. žurnalą "Kvantovaja elektronika",15, Nr.8,1988,1658 psl.).
[0003] Artimiausias pagal techninį sprendimą yra pikosekundinis aktyviosios-pasyviosios modų sinchronizacijos neodimio stiklo lazeris su elektrooptiniu neigiamuoju grįžtamuoju ryšiu, susidedantis iš rezonatoriaus, kurį sudaro kiuvetė su pasyviuoju sinchronizatoriumi kartu su didelio atspindžio veidrodžiu ir sferinis veidrodis, tarp kurių yra lazerio strypas, spinduliuotės kelyje tarp kiuvetės ir lazerio strypo yra akustooptinis moduliatorius. Be to, lazeris turi nuostolių rezonatoriuje kokybės valdymo grandinę, kurioje yra valdymo blokas ir pirmasis Pokelso narvelis bei Glano prizmė, kurie minėtame rezonatoriuje išdėstyti taip, kad pirmasis Pokelso narvelis yra tarp akustooptinio moduliatoriaus ir lazerio strypo, o Glano prizmė yra prie lazerio strypo kryptimi link sferinio veidrodžio. Tarp Glano prizmės ir sferinio veidrodžio yra antrasis Pokelso narvelis.
[0004] Glano prizmė dalį spinduliuotės nukreipia į valdymo bloką, valdantį minėtus Pokelso narvelius. Minėti kiuvetė su pasyviuoju sinchronizatoriumi, akustooptinis moduliatorius, pirmasis Pokelso narvelis, Glano prizmė, esantys minėtame rezonatoriuje su lazerio strypu, ir valdymo blokas sudaro pikosekundinio impulso formavimo ir stiprinimo schemą, o minėti antrasis Pokelso narvelis, Glano prizmė ir valdymo blokas sudaro rezonatoriaus tuštinimo schemą. Pirmasis Pokelso narvelis yra skirtas dinamiškam nuostolių rezonatoriuje valdymui. Pradiniu lazerio veikos metu, veikiant rezonatoriuje nuostolių valdymo grandinei, valdymo blokas per pirmąjį Pokelso narvelį palaiko pastovią lazerio impulso energiją. Lazerio impulsas daug kartų eidamas per kiuvetę su pasyviuoju sinchronizatoriumi maksimaliai sutrumpėja. Tuomet rezonatoriuje esančios spinduliuotės poliarizacijos plokštuma antruoju Pokelso narveliu pagal valdymo bloko signalą pakeičiama 90° ir pavienis impulsas per Glano prizmę išeina iš rezonatoriaus (žr. žurnalą "Appl. Phys. A. vol.43, No. 3, 1987, 209-212 psl.).
[0005] Žinomo lazerio trūkumas yra tas, kad pavienio impulso energija neviršija 10 ųJ.
[0006] Tolimesniam impulso energijos stiprinimui naudojami regeneratyviniai stiprintuvai arba kelių kaskadų stiprintuvai. Regeneratyvini stiprintuvą paprasčiausiu atveju sudaro du dielektriniai veidrožiai, tarp kurių yra patalpintas lazerio strypas, poliarizatorius, ketvirčio bangos fazinė plokštelė ir Pokelso narvelis. Strypui kaupinti reikalinga impulsinio išlydžio lempa su maitinimo šaltiniu. Be to, reikalingi papildomi optiniai elementai, nukreipiantys spinduli į regeneratyvini stiprintuvą, bei optiniai elementai, mažinantys regeneratyvinio stiprintuvo įtaką lazerio generatoriui.
[0007] Išradimu siekiama padidinti trumpųjų impulsų kietojo kūno aktyviosios-pasyviosios modų sinchronizacijos generuojamų impulsų energiją, sumažinant regeneratyvinio stiprintuvo elementų skaičių, ir palengvinti lazerio aptarnavimą.
[0008] Šio uždavinio sprendimo esmė yra ta, kad trumpųjų impulsų kietojo kūno lazeryje su neigiamojo grįžtamojo ryšio grandine optiniams nuostoliams rezonatoriuje valdyti, turinčiame veidrodžius, sudarančius rezonatorių, kuriame kryptimi nuo
[0009] pirmojo veidrodžio link antrojo veidrodžio yra šviesos impulsų formavimo schema, lazerio strypas ir rezonatoriaus tuštinimo schema, be to, visos minėtos schemos yra valdomos neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinėje esančio valdymo bloko, nauja yra tai, kad rezonatorius turi atšaką ir suformuoto šviesos impulso nukreipimo į rezonatoriaus atšaką schemą, valdomą minėtojo valdymo bloko ir esančią tarp šviesos impulsų formavimo schemos ir lazerio strypo, o rezonatoriaus atšakoje esantis veidrodis su lazerio strypu ir rezonatoriaus pirmuoju veidrodžiu sudaro papildomą rezonatorių, skirtą regeneratyviniam stiprinimui.
[0010] Didelę dalį tokio lazerio rezonatoriaus nuostolių sukuria šviesos impulsų formavimo schema (netiesiškos sugerties įsisotinantis sugėriklis turi savo nuostolius, neigiamojo grjžtamojo ryšio grandinės darbo taškas parenkamas fazine plokštele įvedant nuostolius, be to, neigiamojo grjžtamojo ryšio grandinės darbo metu atsiranda papildomi nuostoliai). Šių nuostolių nėra regeneratyvinio stiprintuvo atšakoje, todėl papildomo rezonatoriaus nuostoliai yra mažesni ir jame šviesos impulsas yra sustiprinamas ir pasiekiama didesnė energija nei analoginiuose lazeriuose. Tokia lazerio su regeneratyviniu stiprintuvu schema turi mažiau optinių elementų, todėl greičiau surenkama ir paprasčiau suderinama. Lazerio generatorius ir papildomas rezonatorius, skirtas regeneratyviniam stiprinimui, turi vieną bendrą veidrodi, todėl pasiūlyta optinė schema yra atsparesnė išoriniams poveikiams, o tai savo ruožtu palengvina lazerio eksploataciją. Kadangi pasiūlytame lazeryje generatoriui ir stiprintuvui naudojamas tas pats aktyvusis- elementas su kaupinimo lempa (vietoj dviejų aktyviųjų elementų, kurių kiekvienas turėtų savo kaupinimo lempą), todėl sumažėja eksploatacijos išlaidos.
[0011] Šviesos impulsų formavimo schemą sudaro rezonatoriuje esantys spinduliuotės kelyje, kryptimi nuo pirmojo rezonatoriaus veidrodžio link lazerio strypo, nuosekliai išdėstyti pasyvusis sinchronizatorius, elektrooptinis moduliatorius,
[0012] ketvirčio bangos plokštelė ir poliarizatorius, esantis tiek šviesos impulsų formavimo schemos dalimi, tiek ir šviesos impulsų nukreipimo į atšaką schemos dalimi, ir nukreipiantis dalį spinduliuotės į valdymo bloko įėjimą šviesos impulsų formavimo metu, o šviesos impulsų stiprinimo metu nukreipiantis visą spinduliuote į rezonatoriaus atšakoje esantį veidrodį, be to, elektrooptinis moduliatorius yra sujungtas su neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinėje esančio valdymo bloko atitinkamu išėjimu.
[0013] Šviesos impulsų nukreipimo į rezonatoriaus atšaką schema susideda iš elektrooptinio moduliatoriaus ir poliarizatoriaus, esančių rezonatoriuje spinduliuotės kelyje, kryptimi einant nuo lazerio strypo link rezonatoriaus pirmojo veidrodžio, be to, elektrooptinis moduliatorius yra sujungtas su valdymo bloko atitinkamu išėjimu.
[0014] Rezonatoriaus tuštinimo schemą sudaro rezonatoriuje spinduliuotės kelyje, kryptimi einant nuo antrojo rezonatoriaus veidrodžio link lazerio strypo, nuosekliai išsidėstę elektrooptinis moduliatorius ir poliarizatorius, be to, elektrooptinis moduliatorius yra sujungtas su valdymo bloko atitinkamu išėjimu.
[0015] Detaliau išradimas paaiškintas brėžiniu; kuriame schemiškai pavaizduotas pasiūlytas lazeris.
[0016] Pikosekundinis aktyviosios-pasyviosios modų sinchronizacijos kietojo kūno lazeris su neigiamuoju grįžtamuoju ryšiu turi veidrodžius 1 ir 2, sudarančius rezonatorių, kuriame nuo veidrodžio 1 link veidrodžio 2 yra impulsų formavimo schema, lazerio strypas 4 ir rezonatoriaus tuštinimo schema. Minėtą impulso formavimo schemą sudaro rezonatoriuje spinduliuotės kelyje kryptimi nuo veidrodžio 1 link lazerio strypo 4 nuosekliai išsidėstę pasyvusis sinchronizatorius 3, elektrooptinis moduliatorius 5 ir poliarizatorius 6. Be to, rezonatorius turi suformuoto šviesos impulso nukreipimo j rezonatoriaus atšaką schemą, esančią tarp šviesos impulsų formavimo schemos ir lazerio strypo 4, bei atšaką, kurioje yra veidrodis 7, kuris su lazerio strypu 4 ir veidrodžiu 2 sudaro regeneratyvinio stiprintuvo rezonatorių. Minėtą susiformavusio šviesos impulso nukreipimo į rezonatoriaus atšaką schemą sudaro poliarizatorius 6 ir elektrooptinis moduliatorius 8, esantis rezonatoriuje tarp lazerio strypo 4 ir poliarizatoriaus 6. Minėtą rezonatoriaus tuštinimo schemą sudaro elektrooptinis moduliatorius 9 ir poliarizatorius 10, nuosekliai išsidėstę tarp veidrodžio 2 ir lazerio strypo 4. Tarp elektrooptinio moduliatoriaus 5 ir poliarizatoriaus 6 patalpinta ketvirčio bangos (X/4) plokštelė 11, skirta neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinės darbo taškui parinkti. Neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinėje įjungtas valdymo blokas 12, kurio atitinkami išėjimai sujungti su elektrooptinių moduliatorių 5, 8, 9 įėjimais, o valdymo bloko 12 įėjimas susietas su atspindėta nuo poliarizatoriaus 6 spinduliuote.
[0017] Pasiūlyto pikosekundinio aktyviosios-pasyviosios modų sinchronizacijos kietojo kūno lazerio veikimas. Rezonatoriuje esančia ketvirčio bangos plokštele 11 parenkamas neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinės darbo taškas. Ši plokštelė leidžia sumažinti elektrooptinio moduliatoriaus 5 valdymo Įtampą. Neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinė per elektrooptmį moduliatorių 5 dinamiškai valdo rezonatoriaus nuostolius, palaikydama rezonatoriaus viduje pastovią šviesos impulso energiją. Kai šviesos impulsas, daug kartų sklisdamas pasyviuoju sinchronizatoriumi 3, maksimaliai sutrumpėja, valdymo blokas 12 perduoda signalą ir elektrooptinis moduliatorius 8 pakeičia juo sklindančio šviesos impulso poliarizaciją 90°, o poliarizatorius 6 šį impulsą nukreipia į rezonatoriaus atšakos veidrodi 7, kuris kartu su poliarizatoriumi 6, lazerio strypu 4 ir rezonatoriaus veidrodžiu 2 sudaro papildomą rezonatorių, skirtą regeneratyviniam stiprinimui. Jame šviesos impulsas sustiprinamas. Sustiprinus šviesos impulą valdymo blokas 12 perduoda signalą į elektrooptinj moduliatorių 9, kuris pakeičia šviesos impulso poliarizaciją 90® ir impulsas per poliarizatorių 10 išeina iš lazerio.
1. Trumpų impulsų kietojo kūno lazeris su elektrooptine neigiamojo grįžtamojo ryšio grandine, turintis veidrodžius (1) ir (2), sudarančius rezonatorių, kuriame kryptimi nuo veidrodžio (1) link veidrodžio (2) yra šviesos impulsų formavimo schema, lazerio strypas (4) ir rezonatoriaus tuštinimo schema, be to, visos minėtos schemos yra valdomos neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinėje esančio valdymo bloko (12), besiskiriantis tuo, kad rezonatorius turi atšaką ir suformuoto šviesos impulso nukreipimo į rezonatoriaus atšaką schemą, valdomą minėtojo valdymo bloko (12) ir esančią tarp šviesos impulsų formavimo schemos ir lazerio strypo (4), o rezonatoriaus atšakoje esantis veidrodis (7) su lazerio strypu (4) ir veidrodžiu (2) sudaro papildomą rezonatorių, skirtą regeneratyviniam stiprinimui.
2. Lazeris pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad šviesos impulsų formavimo schemą sudaro rezonatoriuje esantys, spinduliuotės kelyje kryptimi nuo veidrodžio (1) link lazerio strypo (4) nuosekliai išsidėstę pasyvus sinchronizatorius (3), elektrooptinis moduliatorius (5), ketvirčio bangos plokštelė (11) ir poliarizatorius (6), esantis tiek šviesos impulsų formavimo schemos dalimi, tiek ir šviesos impulsų nukreipimo j atšaką schemos dalimi, ir nukreipiantis dali spinduliuotės į valdymo bloko įėjimą šviesos impulsų formavimo metu, o šviesos impulsų stiprinimo metu, nukreipiantis visą spinduliuote j rezonatoriaus atšakoje esantį veidrodį (7), be to, elektrooptinis moduliatorius (5) yra sujungtas su neigiamojo grįžtamojo ryšio grandinėje esančio valdymo bloko (12) atitinkamu iiėjimu.
3. Lazeris pagal 1-2 punktus besiskiriantis tuo, kad šviesos impulsų nukreipimo į rezonatoriaus atšaką schema susideda iš elektrooptinio moduliatoriaus (8) ir poliarizatoriaus (6), esančių rezonatoriuje spinduliuotės kelyje, kryptimi einant nuo lazerio strypo (4) link veidrodžio (1), be to, elektrooptinis moduliatorius (8) yra sujungtas su valdymo bloko (12) atitinkamu išėjimu.
4. Lazeris pagal 1-3 punktus, besiskiriantis tuo, kad rezonatoriaus tuštinimo schemą sudaro rezonatoriuje spinduliuotės kelyje, kryptimi einant nuo veidrodžio (2) link lazerio strypo (4). nuosekliai išsidėstę elektrooptinis moduliatorius (9) ir poliarizatorius (10), be to, elektrooptinis moduliatorius (9) yra sujungtas su atitinkamu valdymo bloko (12) išėjimu.