Генератор радиально поляризованного лазерного излучения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ГЕНЕРАТОР РАДИАЛЬНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Рыжевич Анатолий Анатольевич Кононенко Валерий Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Генератор радиально поляризованного лазерного излучения, состоящий из лазера и внутрирезонаторного селективного элемента, установленного перед внешним выходным зеркалом резонатора лазера для подавления генерации излучения с нерадиальной поляризацией и имеющего поперечные размеры, превышающие размеры поперечного сечения проходящего через него пучка излучения, отличающийся тем, что в качестве лазера использован полупроводниковый поверхностно излучающий лазер с расширенным или внешним вертикальным резонатором.-.. 7, 1-52009, ,. -101-103. 6..,.,.,.,.,.,.,.- 2-2.7-- , .,,,. , .. 6184,61840, (2006)10.1117/12.663448. .. - . 6184. - . 61840-1-61840-15. Предлагаемая полезная модель относится к области оптики и лазерной физики и может быть использована для осуществления нелинейно-частотных преобразований лазерного излучения, для управления микро- и наночастицами, высокоразрешающей микросокопии, в системах обработки и передачи оптической информации, для неразрушающего оптического контроля качества цилиндрических и конических поверхностей, а также для прецизионной лазерной обработки материалов, в том числе металлов. В настоящее время наблюдается возрастание интереса к световым пучкам, обладающим радиальной поляризацией (векторы электрической составляющей поля лежат на лучах, радиально расходящихся от оптической оси пучка). Интерес к данным пучкам объясняется, прежде всего, инвариантностью особенностей их отражения от цилиндрических и конических поверхностей поверхности даже при больших углах падения, благодаря чему можно производить контроль качества изделий, имеющих аксиальную симметрию с большей точностью, а также формировать аксиально симметричные перетяжки линзовыми системами с высокой числовой апертурой. Радиально поляризованные пучки, сфокусированные объективами с высокой числовой апертурой, имеют в фокусе сильную нераспространяющуюся продольную составляющую электрического поля и могут обеспечить существенно меньшие размеры светового пятна в фокусной плоскости по сравнению с линейно и циркулярно поляризованными пучками, благодаря чему позволяют обеспечить высокую точность лазерной обработки материалов, высокую плотность мощности в месте взаимодействия излучения с веществом. Кроме того, они могут быть использованы для захвата манипуляции частиц меньших размеров, чем это возможно с пучками, имеющими линейную или циркулярную поляризацию. Существует устройство для генерации радиально поляризованного светового пучка 1, представляющее собой газовый лазер с внутрирезонаторным коническим элементом и выходом излучения в направлении, перпендикулярном оптической оси резонатора. Разрядная трубка данного устройства сложна в изготовлении, кроме того, устройство имеет большую длину. Известно устройство на основе -волоконного лазера для формирования световых пучков, имеющих частично радиальную поляризацию с использованием внутрирезонаторного аксикона 2. Данное устройство не обеспечивает чисто радиальной поляризации,поскольку в выходном излучении содержится значительная примесь света с другими поляризациями из-за недостаточной избирательности внутрирезонаторного селективного элемента, кроме того, содержит оптико-механический блок для точного ввода излучения в волокно с целью обеспечения оптической накачки. Существует устройство 3 для генерации радиально поляризованного лазерного излучения, представляющее собой твердотельный лазер на алюмо-иттриевом гранате с внутрирезонаторным селективным элементом в виде многослойной конической призмы Брюстера. Данное устройство также требует наличия дополнительного устройства для обеспечения аксиально-симметричной оптической накачки активного тела, увеличиваю 2 81492012.04.30 щего габариты устройства. Кроме того, для реализации данного устройства необходим сложный в изготовлении и, как следствие, дорогостоящий многослойный оптический элемент. Устройство генерирует сравнительно нестабильное по мощности лазерное излучение. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство 4, состоящее из -волоконного лазера с внутрирезонаторным селективным элементом в виде двухконусной призмы Брюстера, обеспечивающей радиальную поляризацию коллимированного выходного излучения. Данное устройство содержит оптикомеханический блок для ввода излучения в волокно с целью обеспечения оптической накачки волоконного лазера. В силу генерационных свойств активного тела выходное излучение устройства обладает недостаточно высокой стабильностью по мощности. Задачей предлагаемой полезной модели является формирование слабо расходящегося,стабильного по мощности пучка лазерного излучения, имеющего радиальную поляризацию, при условии компактности устройства. Предлагаемый генератор радиально поляризованного лазерного излучения включает в себя лазер и внутрирезонаторный селективный элемент, установленный перед внешним выходным зеркалом резонатора лазера для подавления генерации излучения с нерадиальной поляризацией и имеющий поперечные размеры, превышающие размеры поперечного сечения проходящего через него пучка излучения. Устройство обладает следующими отличительными признаками в качестве лазера использован полупроводниковый поверхностно излучающий лазер с расширенным или внешним вертикальным резонатором. Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре показана схема предлагаемого устройства. Предлагаемое устройство состоит из полупроводникового поверхностно излучающего лазера с расширенным или внешним вертикальным резонатором, включающего полупроводниковую структуру 1 и внешнее зеркало 2 резонатора, а также селективный элемент 3 для подавления генерации излучения, не обладающего радиальной поляризацией. Устройство работает следующим образом. Осуществляется накачка полупроводниковой структуры 1 лазера (оптическая либо электрическая в зависимости от конструкции лазера), после чего начинается спонтанная генерация излучения в полупроводниковой структуре 1 лазера. Излучение проходит через селективный элемент 3, который пропускает только радиально поляризованное излучение, попадающее на внешнее зеркало 2 резонатора лазера. Часть излучения выходит из лазера, являясь радиально поляризованным, а часть отражается обратно в полупроводниковую структуру 1, создавая обратную связь и вызывая вынужденную генерацию излучения в полупроводниковой структуре 1. Полупроводниковая структура 1 отражает сгенерированное излучение в направлении селективного элемента 3 и выходного зеркала 2, в результате чего процесс генерации лазерного излучения непрерывно продолжается до тех пор, пока не прекратится накачка полупроводниковой структуры 1. Геометрия селективного элемента 3 и зеркала 2 обеспечивает малую расходимость выходного пучка излучения. Возможность реализации предлагаемой полезной модели подтверждается следующими фактами. В настоящее время уже созданы и получили достаточно широкое применение так называемые поверхностно излучающие полупроводниковые лазеры с внешним (расширенным) вертикальным резонатором (в англоязычной литературе --( или , по-другому называемые также вертикально излучающими лазерами (ВИЛ) либо поверхностно-излучающими лазерами. Данные лазеры имеют резонатор, по меньшей мере, с одним внешним и при том выходным зеркалом и тем не менее являются весьма компактными устройствами, занимая площадь порядка 100 см 2 и объем порядка 100 см 3, поскольку накачка их активной среды осуществляется либо электрическим током, либо излучением диодного лазера, также имеющего, в свою очередь, очень небольшие размеры (порядка 110 см 3). В качестве селективного элемента широко применяются либо двухконусные призмы Брюстера, анало 3 81492012.04.30 гичные описанным в 4, подходящие для длины волны генерируемого лазером излучения,либо плоские поляризаторы различных типов, в том числе, например, многосекторные или жидкокристаллические, пропускающие только радиально поляризованное световое излучение. Внешние выходные зеркала чаще всего бывают вогнуто-плоскими. На вогнутую поверхность, обращенную к полупроводниковой структуре, обычно наносят отражающее покрытие с довольно высоким коэффициентом отражения (примерно 99,4 ). На выходную плоскую поверхность зеркала в силу необходимости практически полного возврата излучения в резонатор просветляющее покрытие наносить не обязательно. Предпочтительно использовать в составе устройства лазеры с полупроводниковыми структурами,имеющими минимальный поляризационный дихроизм на длине волны генерации, для того, чтобы радиально поляризованный выходной пучок был максимально однородным в поперечном сечении по интенсивности в зависимости от азимутальной координаты. Согласно имеющимся литературным данным (см. стр. 102 в 5), мощность поверхностно излучающих полупроводниковых лазеров с внешним вертикальным резонатором колеблется в пределах 0,02 от средней мощности, т.е. лазеры этого типа являются очень стабильными по мощности, при этом расходимость выходного излучения достаточно мала (3-6)(см. стр. 61840-11 в 6). Таким образом, предлагаемое устройство применимо для выполнения поставленной задачи. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4