Формирователь коротких оптических импульсов

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ФОРМИРОВАТЕЛЬ КОРОТКИХ ОПТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Козлов Владимир Леонидович Кугейко Михаил Михайлович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(56) Кобак И.А. и др. Межвузовский сборник научных трудов Лазерная и оптико-электронная техника. - Мн., 1992. Вып. 2. - С. 67-72.20060345, 2006.4485 1, 2004.1800441 1, 1993.4180274 , 1992.(57) Формирователь коротких оптических импульсов, содержащий последовательно соединенные формирователь импульсов, блок управления излучением, источник излучения,отличающийся тем, что содержит волоконно-оптический световод, оптически связанный входом с источником излучения, а выходом - последовательно с нелинейным кристаллом и оптическим фильтром, источник излучения выполнен в виде полупроводникового лазера, обеспечивающего одновременную генерацию на двух оптических длинах волн, причем волоконно-оптический световод выполнен с возможностью сдвига во времени импульсов двух указанных длин волн, обеспечивающего частичное перекрытие импульсов на его выходе, нелинейный кристалл выполнен с возможностью выделения оптического сигнала на разностной частоте двух указанных длин волн, формирователь импульсов выполнен с возможностью изменения временного интервала между импульсами двух указанных длин волн для регулировки длительности импульса на выходе нелинейного кристалла. Фиг. 1 Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения и может быть использовано для формирования коротких импульсов когерентного излучения для систем газового анализа в лазерных измерительных и диагностических системах. Известно использование волоконно-оптического световода в качестве дисперсионного элемента для измерения длины волны излучения лазеров 1. Недостатком данного уст 11002 1 2008.08.30 ройства является то, что оно не позволяет формировать короткие импульсы оптического излучения. Известно использование формирователей импульсов на транзисторах и микросхемах для получения коротких оптических импульсов с помощью полупроводниковых инжекционных лазеров 2. Однако такие системы позволяют получать оптические импульсы длительностью только в несколько сотен пикосекунд и не позволяют получать более короткие оптические импульсы с регулируемой длительностью. Задача изобретения - уменьшение минимальной формируемой длительности оптического импульса и обеспечение возможности плавной регулировки длительности короткого импульса. Для решения поставленной задачи в формирователе коротких оптических импульсов,содержащем последовательно соединенные формирователь импульсов, блок управления излучением, источник излучения, вводится волоконно-оптический световод, оптически связанный входом с источником излучения, а выходом - последовательно с нелинейным кристаллом и оптическим фильтром, источник излучения выполнен в виде полупроводникового лазера, обеспечивающего генерацию на двух оптических длинах волн, причем волоконно-оптический световод выполнен с возможностью сдвига во времени импульсов двух указанных длин волн, обеспечивающего частичное перекрытие импульсов на его выходе, нелинейный кристалл выполнен с возможностью выделения оптического сигнала на разностной частоте двух указанных длин волн, формирователь импульсов выполнен с возможностью изменения временного интервала между импульсами двух указанных длин волн для регулировки длительности импульса на выходе нелинейного кристалла. Свойства, появляющиеся у заявляемого объекта, - это уменьшение минимальной формируемой длительности оптического импульса до десятков пикосекунд и обеспечение возможности плавной регулировки длительности импульса в диапазоне десятков пикосекунд. Это реализуется благодаря тому, что световод обладает дисперсионными свойствами, обеспечивающими различную задержку импульсов излучения двухволнового лазера на длинах волн 2 и 1. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, а на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу. Устройство содержит формирователь импульсов 1, блок управления длиной волны излучения лазера 2, двухволновой источник лазерного излучения 3, волоконнооптический световод 4, нелинейный кристалл 5, оптический фильтр 6. В качестве источника излучения 3 использован лазерный диод с асимметричной квантоворазмерной гетероструктурой 3. Активная область лазера состоит из двух или трех квантоворазмерных слоев, излучающих одновременно или поочередно на двух разных длинах волн. Благодаря подбору параметров квантоворазмерных слоев и легированию барьерных слоев между ними осуществляется неоднородное возбуждение активной области, при этом разность длин волн генерации достигает 20-100 нм в зависимости от материала гетероструктуры, а стабильность разностной длины волны обеспечивается синхронизацией электронно-оптических процессов в активной области лазера и значительно превышает стабильность разности длин волн двух отдельно взятых лазеров. Переключение длины волны излучения в импульсе с 1 на 2 происходит при скачкообразном изменении амплитуды тока накачки в импульсе с 1 до 2. Если использовать терморегулятор и стабилизировать амплитуду тока инжекции, то достигается высокая стабильность разности длин волн генерации. Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени блок 1 формирует два импульса длительностью , разнесенные во времени на интервал Т (фиг. 2 а). Блок управления длиной волны излучения 2 формирует амплитуду первого импульса тока 1 и второго импульса тока 2 для запуска лазера 3 первым импульсом на длине волны 1, а вторым импульсом на 2. Затем оптические импульсы от лазера 3 на длинах волн 1 и 2,2 11002 1 2008.08.30 разнесенные во времени на интервал Т, поочередно поступают в дисперсионный волоконный оптический световод 4 (фиг. 2 а), выполненный из кварцевого стекла или из другого вида оптических стекол. Так как скорость распространения оптического излучения в световоде зависит от длины волны, причем 12 (12), то задержка в световоде излучения с длиной волны 2 будет больше, чем с 1. Разность оптических задержек равняется 21 где- длина световода,- скорость света в вакууме, 1, 2 - коэффициенты преломления излучения в световоде на длинах волн 1 и 2. Следовательно, после прохождения световода 4 импульс на длине волны 1 сдвинется во времени относительно импульса на длине волны 2 на величину , т.е. импульс на длине волны 1 догонит импульс на длине волны 2 (рис. 2 б). На выходе световода помещен нелинейный кристалл 5. Нелинейный кристалл в результате нелинейных оптических эффектов выделяет сигнал на разностной частоте двух когерентных оптических сигналов на длинах волн 2 и 1. При этом выделение разностной частоты будет происходить только в момент одновременного действия на кристалл 5 двух длин волн излучения. Как видно из фиг. 2 б, в результате дисперсионных свойств оптического световода на его выходе часть импульса на длине волны 1 будет перекрывать часть импульса на длине волны 2 и в этот момент времени на выходе нелинейного кристалла выделится сигнал на разностной частоте излучений на 1 и 2 с частотой 12 и длиной волны 12.1, 211 2 где с - скорость света в световоде. Длительность импульса на выходе нелинейного кристалла будет равна(3) 12( - ),где Т - временной интервал между импульсами на длинах волн 1 и 2,- длительность импульса на длине волны 1,- разность оптических задержек импульсов в световоде на длинах волн 1 и 2. Как следует из (3), изменяя Т или , можно легко регулировать длительность выходного импульса. Таким образом, используя в качестве источника излучения двухволновой инжекционный лазер, обеспечивающий одновременную генерацию излучения на двух различных оптических длинах волн 2 и 1, и нелинейный кристалл, решается задача уменьшения минимальной формируемой длительности оптического импульса до десятков пикосекунд и возможности плавной регулировки длительности импульса в этом диапазоне. Решение этой задачи особенно важно для диагностических систем спектрального и газового анализа, в которых требуется широкий диапазон регулировки длительности и длины волны зондирующего излучения. Источники информации 1. Патент РБ 4388, МПК 701 9/00, 2001. 2. Кобак И.А., Манак И.С., Пикулик В.Г. Генераторы ультракоротких оптических сигналов на инжекционных гетеролазерах. Межвузовский сборник Лазерная и оптикоэлектронная техника. - Мн. Белгосуниверситет, 1992. - С. 67-72. 3. Патент РБ 1385, МПК 01 3/19, 1996. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.