кольцевой чип-лазер с удвоением частоты излучения

Формула изобретения

КОЛЬЦЕВОЙ ЧИП-ЛАЗЕР С УДВОЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий активный и нелинейный элементы, отличающийся тем, что активный и нелинейный элементы находятся в оптическом контакте и образуют вместе сложный многогранник, обеспечивающий в результате внутренних отражений существование внутри себя замкнутого оптического контура, причем ориентация нелинейного элемента такова, что плоскость, проходящая через два направления синхронизма, совпадает с частью плоскости оптического контура, лежащей внутри нелинейного элемента, а отрезки оптического контура в пределах нелинейного элемента совпадают с направлениями синхронизма.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для оптической связи, в измерительной технике и лазерной медицине.

Известно техническое решение, направленное на преобразование частоты излучения во вторую гармонику [1] и представляющее лазер, в резонаторе которого расположен кроме активного элемента нелинейный элемент.

Недостатками такого технического решения являются невозможность реализации одночастотной генерации (вследствие конкуренции мод) и невозможность получения высоких КПД вследствие оптических потерь на торцах активного и нелинейного элементов.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, принятым за прототип, является техническое решение, заключающееся в использовании чип-лазера с независимыми резонаторами для активного и нелинейного элементов [2]

К недостаткам этого технического решения относится наличие потерь, связанных с межрезонаторными отражениями, которые не удается свести к нулю, даже используя просветление.

Технической задачей изобретения является снижение энергетических потерь, повышение стабильности одночастотной генерации и повышение КПД преобразования излучения во вторую гармонику.

Указанная задача достигается тем, что в кольцевом чип-лазере с удвоением частоты излучения, содержащем активный и нелинейный элементы, последние находятся в оптическом контакте и образуют вместе сложный многогранник, обеспечивающий существование внутри себя в результате внутренних отражений от граней замкнутый оптический контур, причем ориентация нелинейного элемента такова, что плоскость, проходящая через любые две оси синхронизма, совпадает с плоскостью оптического контура, а отрезки оптического контура в пределах нелинейного элемента совпадают с осями синхронизма.

На чертеже показаны принципиальная схема кольцевого чип-лазера и ориентация нелинейного элемента в нем, где 1 активный элемент с возможными зеркалами 2 и 8, 3 источник накачки, 4 фокусирующая система, 5 нелинейный элемент, 6 направления синхронизма в нелинейном элементе, 7 постоянный магнит.

Принцип действия кольцевого чип-лазера заключается в следующем.

При создании в активном элементе 1 инверсной населенности в кольцевом лазере, состоящем из активного 1 и нелинейного 5 элементов, возникает генерация, распространяющаяся вдоль замкнутого оптического контура. Собственно кольцевой оптический резонатор образуется вследствие внутренних отражений от граней (высокий коэффициент отражения обеспечивается либо полными внутренними отражениями либо нанесением на грани отражающих покрытий).

Поскольку на участок активного элемента наложено постоянное магнитное поле (магнит 7), которое обеспечивает неравенство добротностей оптического резонатора для встречных волн, то в лазере возникает однонаправленная одночастотная генерация. Эта генерация вследствие реализации режима бегущей волны является одночастотной (см. Гарбузов Д.З. и др. Кольцевой чип-лазер на ИАГ. Изв. АН СССР, 1990, т. 54, N 12, 2397-2401).

Поскольку излучение проходит через нелинейный элемент в направлении синхронизма, то, естественно, происходит эффективное преобразование его во вторую гармонику, которая выводится из резонатора через селективное зеркало 8. Это зеркало должно иметь высокий коэффициент отражения на длине волны генерации и быть прозрачным для второй гармоники.

В качестве активного элемента используется призма, вырезанная из монокристалла иттрий-алюминиевого граната с примесью неодима. На сторону призмы, проходящую через сторону ЕН, нанесено селективное покрытие, имеющее высокий коэффициент отражения (r 99,5%) на длине волны генерации ( 1,06 мкм) и прозрачное на длине волны накачки ( 0,81 мкм), а на сторону, проходящую через CD, селективное покрытие с коэффициентом отражения r > 99,5% на 1,06 мкм и r 15% для 0,53 мкм.

В качестве нелинейного элемента использовался кристалл "банана" (Ba₂NaNb₃O₁₅) при температуре 90^оС синхронизма, вырезанный таким образом, что плоскость синхронизма совпадала с плоскостью резонатора внутри нелинейного элемента. Размеры пластины нелинейного элемента выбраны такими, что отражение от грани, проходящей через GF, обеспечивалось в результате полного внутреннего отражения. Однонаправленность и одночастотность излучения обеспечивается использованием постоянного магнита, обеспечивающего направленность магнитного поля порядка 200 Э. В качестве источника накачки может быть использован полупроводниковый лазер ИЛПН-112 А, излучение которого фокусируется с помощью микрообъектива в активном элементе.

Реализация предложенного технического решения должна обеспечить стабильную одночастотную генерацию при более низком уровне накачки, а следовательно, и более высокий КПД преобразования излучения во вторую гармонику по сравнению с прототипом.