способ частотного преобразования лазерного излучения и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния, включающий возбуждение активной среды сфокусированным пучком накачки, отличающийся тем, что активную среду дополнительно возбуждают параллельным пучком, который в нее направляют одновременно со сфокусированным.

2. Устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния, включающее оптически связанные источник накачки, фокусирующую линзу и активную среду, размещенные на одной оптической оси, отличающееся тем, что фокусирующая линза выполнена частично перекрывающей пучок накачки.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в линзе выполнено отверстие.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что диаметр линзы меньше диаметра пучка накачки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к квантовой радиофизике и касается нелинейной оптики, в частности частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния.

Известны способы частотного преобразования лазерного излучения и устройства, в которых эти способы реализуются, где накачка осуществляется расфокусированным пучком [1] или параллельным пучком [2] . Недостатком таких способов и устройств является то, что для преобразования требуется мощный источник накачки.

Наиболее близки к изобретению способ и устройство для его осуществления, в которых накачка фокусируется в активную среду с помощью линзы, благодаря чему требуется источник накачки, мощность излучения которого много меньше, чем в двух предыдущих случаях. Эти способ и устройство взяты в качестве прототипа. Недостатком этого технического решения является то, что энергия, которую можно преобразовать, ограничена оптическим пробоем в фокусе линзы.

Цель изобретения - повысить энергию преобразованного излучения при заданной мощности пучка накачки.

Поставленная цель достигается тем, что из общего пучка накачки пространственно выделяется часть излучения, мощность которой меньше порогового значения, вызывающего оптический пробой, с помощью линзы, чья площадь меньше сечения пучка накачки, и эта часть накачки фокусируется в активную среду этой же линзой, при этом оставшаяся часть накачки направляется в кювету в виде параллельного пучка.

Сущность способа состоит в том, что при такой пространственно разделенной накачке активной среды происходит преобразование на одном проходе через среду, при этом возникшее вблизи фокуса линзы стоксово излучение усиливается и в поле сфокусированной накачки, и в поле параллельной накачки, что увеличивает энергию преобразованного излучения. Заявителю не известны технические решения, в которых повышение энергии преобразованного излучения достигалось бы за счет возбуждения активной среды одновременно и сфокусированным и параллельным пучками, поэтому способ удовлетворяет критерию "существенные отличия".

Для повышения энергии преобразованного излучения в предлагаемом устройстве, содержащем источник накачки, фокусирующую линзу, активную среду, расположенные на одной оптической оси, используется линза, частично перекрывающая пучок накачки.

При этом в одном случае используется линза, диаметр которой меньше диаметра пучка накачки, в другом - линза с отверстием.

В литературе нет сведений о том, что повышения эффективности преобразования и энергетического выхода преобразованного излучения можно добиться использованием пространственно разделенной линзы накачки, что позволяет считать предложенное устройство удовлетворяющим критерию "существенные отличия".

На чертеже показано устройство для осуществления способа. Устройство содержит источник 1 накачки, линзу 2, активную среду 3, размещенные на одной оптической оси.

Работа устройства состоит в следующем. Часть пучка накачки (в данном случае используется линза с отверстием) пропускается через линзу и фокусируется этой линзой в активную среду. Вторая часть пропускается через отверстие линзы. В активной среде вблизи фокуса возникает стоксово излучение, которое усиливается одновременно и в поле параллельного, и в поле конического пучков.

Способ реализован при использовании в качестве накачки трех наносекундного импульса неодимового лазера, а активной средой служил газообразный водород под давлением в 5 атм. Диаметр пучка накачки составляет 10 мм, диаметр отверстия в линзе 6 мм. Для сравнения преобразования по известному и предложенному способу опыты производились в одинаковых условиях. При обычной фокусировке линзой с фокусным расстоянием 1 м нельзя было поднять энергию накачки выше 80 мДж, так как при этом возникал пробой в активной среде. Однако используя линзу с отверстием, можно поднять энергию накачки до 150 мДж. При прочих равных условиях для неоптимизированного случая, чтобы продемонстрировать преимущество предложенного способа над известным, было получено преобразование в стоксово излучение при энергетическом выходе примерно 60 мДж, что почти в два раза выше того значения, которое получалось по прототипу. Оптимизируя способ, изменением диаметра отверстия в линзе, а также изменением ее фокусного расстояния и длины активной среды, возможно преобразовать практически всю накачку в первую стоксову компоненту.

Таким образом, предложенные способ и устройство позволяют при заданных значениях длины активной среды, диаметра пучка накачки и фокусного расстояния линзы поднять энергетический выход преобразованного излучения лишь за счет уменьшения диаметра линзы, либо путем использования линзы с отверстием.