Способ модуляции добротности резонатора лазера
(19)SU(11)1220536(13)A1(51) МПК 6 H01S3/115(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.01.2013 - прекратил действиеПошлина:
(54) СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА ЛАЗЕРА
Изобретение относится к импульсным твердотельным лазерам с электрооптической модуляцией добротности резонатора и может быть использовано для получения мощных импульсов излучения в наносекундном диапазоне длительностей импульса. Цель изобретения стабилизация энергии моноимпульсов лазерного излучения при отклонении величины управляющего напряжения от номинальной амплитуды величины Uо, соответствующей минимальному коэффициенту потерь резонатора. Величина напряжения в начале импульса Uмакс должна превышать Uо для внесения в резонатор дополнительных потерь, задерживающих появление моноимпульса, и должна быть ограничена полуволновым напряжением U/2вследствие периодичности функции потерь от напряжения на затворе. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 график зависимости управляющего напряжения от времени; на фиг. 3 график зависимости дополнительных потерь резонатора Р от времени соответственно. Устройство включает в себя (фиг. 1) полностью отражающее зеркало 1, электрооптический элемент 2, поляризатор 3, активный элемент 4, выходное полупрозрачное зеркало 5, генератор 6 импульсов управляющего напряжения. На фиг. 2 приняты следующие обозначения: Uо номинальное напряжение; Uo', Uo'' напряжения, отличные от номинального; р,р',р'' время появления моноимпульса при напряжениях Uo, Uo', Uo'' соответственно. На фиг. 3 кривая 7 соответствует потерям резонатора при напряжении Uo; кривые 8, 9 потерям резонатора при напряжениях Uo' и Uo'' соответственно. Из фиг. 2 и 3 видно, что при уменьшении (увеличении) величины Uомомент времени р, когда потери резонатора становятся минимальными, наступает позже (раньше), но и моноимпульс появляется позже (раньше) вследствие присутствия больших (меньших) по величине дополнительных потерь в период развития моноимпульса, что приводит к сохранению энергии моноимпульса. Монотонность функции U(t) необходима для того, чтобы условие U(р)=Uo выполнялось только в единственный момент времени. Для получения максимально широкого диапазона допустимых относительно изменений величины управляющего напряжения, который является удобной количественной характеристикой стабильности энергии моноимпульсов лазерного излучения, величина и скорость монотонного уменьшения величины напряжения во времени определяются при решении усредненных балансных уравнений на ЭВМ или экспериментальным путем. В случае линейной зависимости U=Uo- (t- р), которая является одним из вариантов монотонной зависимости, можно пользоваться следующим аналитическим выражением для основных параметров импульса, напряжения
Uмакс= U0+U/2 p= U/2 ;
U/2 1-(Ko-Kпот)-1l+ + + +
+ , где n целое число;
Ko начальный коэффициент усиления;
Kпот коэффициент потерь резонатора при открытом затворе;
(р)o время развития моноимпульса для случая импульса управляющего напряжения прямоугольной формы с амплитудой Uo;
A=arccos exp[-(Ко-Кпот)l]
l длина активного элемента,
Bn числа Бернулли. Увеличение диапазона N относительных допустимых изменений величины управляющего напряжения по отношению к аналогичному параметру прототипа составляет
N . Для проверки данного способа с генератора импульсов управляющего напряжения на электрооптический элемент подавался импульс (фиг. 2). Основные параметры импульса Uмакс и выбирались в соответствии с расчетом. Для (р)о= 80 нс, Ко-Кпот=0,1 см-1, l6 см, Uo=3,5 кВ, U/2=10 кВ; Uмакс=6,7 кВ, 18 В нс, N=2,43. Из сравнения полученных экспериментальных результатов для данного способа и прототипа следует, что при модуляции добротности данным способом энергия моноимпульса (с точностью 5%) стабилизи- руется в существенно (в 2,5 раза) более широком относительном диапазоне изменений величины управляющего напряжения, чем в случае прототипа. Рассмотрение зависимости величины Uo(T) вследствие температурной зависимости электрооптического коэффициента кристалла DКDPr63-1(T) позволило определить, что диапазон изменений температуры, в котором не требуется подстройка величины управляющего напряжения, составляет 200оС вместо 75оС для прототипа. Таким образом, полезность и эффективность способа модуляции добротности заключается в значительном повышении устойчивости выходных параметров излучения моноимпульсного твердотельного лазера, что обеспечивает следующие преимущества; надежность при эксплуатации в условиях изменений температуры окружающей среды и напряжения питающей сети, а также во время переходных процессов, связанных с изменением теплового режима электрооптического элемента после включения лазера и т.д. в упрощении схемы генератора импульсов напряжения на электрооптический затвор (т.к. снижаются требования по автоматической подстройке величины управляющего напряжения и снижаются требования к стабильности этой величины);
в более широком использовании в лазерах затворов на основе кристалла DКDP, которые имеют высокую лучевую прочность, технологичны в изготовлении и имеют сравнительно низкую стоимость.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3