Лазер

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт молекулярной И атомной физики Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Жуковский Виктор Владимирович Тарасенко Николай Владимирович (ВУ)(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(56) Бураков В.С. и др. Известия Академии наук Беларуси Серия физ.-мат. Наук. 1993. - Не 2. - С. 51-56.Лазер, содержащий активный элемент с торцами, выполненными под углом Брюстера к оптической оси резонатора, образованного тремя зеркалами, частично пропускающими лазерное излучение, первое из которых расположено перед первым торцом активного элемента, а второе и третье - последовательно за вторым его торцом, при этом вторая поверхность второго зеркала, обращенная к третьему зеркалу, перпендикулярна оптической оси резонатора, отличающийся тем, что первая поверхность второго зеркала резонатора выполнена прозрачной для излучения лазера и ориентирована под углом Брюстера и под заданным углом В по отнощению к оптической оси резонатора и к поверхности второго торца активного элемента соответственно, нормали к прозрачной поверхности и поверхности второго торца активного элемента, проведенные в точках их пересечения с оптической осью резонатора, лежат в одной плоскости, при этом угол В определяется в соответствии с формулой13 Р 1 Р 2 где (р 1 - угол Брюстера для торца активного элемента р 2 - угол Брюстера для прозрачной поверхности второго зеркала.Изобретение относится К области квантовой электроники И лазерной физики И может найти применение при разработке лазеров И лазерных спектрометров с активными элементами любых типов, в научных исследованиях, при определении состава вещества И оптических характеристик элементов лазерной техники.Известен лазер, содержащий резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых полностью отражает лазерное излучение, а другое, выходное для этого излучения,полупрозрачно, И активный элемент в виде твердотельного стержня, помещенный внутри резонатора 1.Недостатком этого устройства является влияние нестабильности работы лазера на точность измерений оптических свойств вещества, например его оптической плотности,высокочувствительным методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии (ВРЛС), а также ограниченный диапазон измерений ее величин.Известен также лазер, содержащий активный элемент И резонатор, образованный тремя плоскопараллельными зеркалами, расположенными параллельно друг другу И перпендикулярно оптической оси резонатора 2.Недостатком этого устройства является больщая погрещность И сложность определения коэффициентов отражения зеркал резонатора из-за интерференции лазерного излучения между их плоскопараллельными поверхностями, что снижает точность измерений оптических свойств вещества.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является лазер 3, содержащий активный элемент с торцами, выполненными под углом Брюстера, И резонатор, образованный тремя плоскопараллельными зеркалами, частично пропускающими лазерное излучение, первое из которых расположено у первого торца активного элемента, а два других - у второго торца активного элемента. Данное устройство обеспечивает возможность определения оптической плотности веществ.Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения методом ВРЛС оптической плотности вещества, а также потерь излучения на отдельных обследуемых оптических лазерных элементах из-за больщой погрещности определения коэффициента отражения второго зеркала внутри резонатора, обусловленной интерференцией лазерного излучения между его плоскопараллельными поверхностями.Задачей данного изобретения является создание компактного лазера, обладающего более высокой точностью измерения методом ВРЛС оптической плотности вещества, а также потерь излучения на отдельных обследуемых оптических лазерных элементах.Для рещения поставленной задачи авторами был создан лазер, содержащий активный элемент с торцами, выполненными под углом Брюстера, И резонатор, образованный тремя зеркалами, частично пропускающими лазерное излучение, первое из которых расположено у первого торца активного элемента, а второе И третье - у второго торца активного элемента.Новым, по мнению авторов, является то, что первая поверхность второго зеркала резонатора выполнена прозрачной для излучения лазера И ориентирована под углом Брюстера И под заданным углом В по отнощению к оптической оси резонатора И к поверхности второго торца активного элемента соответственно, нормали к прозрачной поверхности И поверхности второго торца активного элемента, проведенные в точках их пересечения с оптической осью резонатора, лежат в одной плоскости, при этом угол В определяется в соответствии с формулойВ Р 1-Р 2 где (р 1 - угол Брюстера для торца активного элемента р 2 - угол Брюстера для прозрачной поверхности второго зеркала.Предлагаемое устройство изображено на фигуре, где 1 - активный элемент, 2, 3 И 4 первое, второе И третье зеркала резонатора соответственно, 5 И 6 - поверхности первого Ивторого торцов активного элемента 1, выполненные под углом Брюстера р 1 по отнощению к оптической оси ОО резонатора, 7 - прозрачная для излучения лазера поверхность второгозеркала 3 резонатора, выполненная под углом Брюстера (р 2 по отношению К его оптической оси, совпадающей с оптической осью резонатора, 8 - частично прозрачная для излучения лазера поверхность второго зеркала 3, перпендикулярная оптической оси резонатора,В - угол между поверхностями 6 активного элемента и 7 второго зеркала резонатора, при этом нормали к поверхностям 6 и 7, проведенные в точках пересечения этих поверхностей с оптической осью резонатора, лежат в одной плоскости.Для исключения диафрагмирования лазерного пучка зеркалом 3 его размеры в указанной плоскости нормалей к поверхностям 6 и 7 (фигура) должны удовлетворять соотношению111 2 11-П 1/П, где 11 и 111 - поперечные размеры активного элемента 1 и зеркала 3 соответственно в перпендикулярном оптической оси резонатора направлении в плоскостях нормалей к поверхностям 6 и 7, 11 и 111 - показатели преломления материала активного элемента 1 и второго зеркала 3.В направлении, перпендикулярном к указанной выше плоскости нормалей, величины 11 и 111 связанны простым соотношением 111 2 11.Устройство работает следующим образом. Через боковую поверхность осуществляется оптическая накачка активного элемента излучением, например, импульсных электроразряднь 1 х ламп или лазерных диодов. Это излучение создает инверсную населенность уровней энергии примесных атомов, молекул или ионов (активаторов), например ионов неодима,введенных в основную матрицу активного элемента, и в нем возникает стимулированное когерентное электромагнитное излучение на вынужденных переходах этих активаторов. Падая на зеркала 2, 3 и 4 (фигура), оно отражается от них и усиливается за счет вь 1 нужденного испускания при распространении через активный элемент. При этом часть потока стимулированного излучения выходит из резонатора лазера. Измерение интенсивностей и спектрального состава потоков лазерного излучения вне резонатора позволяет реализовать методы ВРЛС определения оптической плотности и состава вещества.Преимуществами применения предлагаемого устройства являютсяпредложенная ориентация поверхностей 6 и 7 активного элемента 1 и зеркала 3 (фигура) обеспечивает компактность их расположения в резонаторе, что позволяет уменьшить габариты лазера в целомдля измерения оптической плотности веществ могут быть использованы лазеры на любых типах активных элементов (твердотельных, жидкостных и газообразных), работающие в различных диапазонах спектра излучениявысокая точность измерений оптической плотности веществ обеспечивается независимостью результатов измерений от нестабильности работы лазера и исключением влияния интерференции излучения на поверхностях 7 и 8 зеркала 3.Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать компактный лазер, обеспечивающий решение широкого круга задач лазерной спектроскопии.3. Бураков В.С., Жуковский В.В., Исаевич А.В. Известия Академии наук Беларуси Сер. физ.-мат. наук. - Не 2.- С. 51-56, 1993.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.