Вивідне дзеркало лазерного резонатора

Винахід, що пропонується, відноситься до області квантової електроніки і може бути використаний при розробці лазерів субміліметрового, інфрачервоного і оптичного діапазонів. Однією з важливих задач при розробці лазерних резонаторів є зв'язок резонатора із зовнішнім середовищем. При цьому, залежно від вимог, що пред'являються до вихідного пучка лазерного випромінювання, є багато різних способів виводу лазерного випромінювання. Відомий лазерний резонатор, зв'язок якого із зовнішнім середовищем здійснюється через невеликий отвір в центрі вивідного дзеркала [Каменев Ю.Е., Киселев В.К., Филимонова А.А. Радиофизика и электроника. Харьков: Ин-т радиофизики и электроники НАН Украины.- 2002.- Т.7, № 2. -С.379-380]. При цьому значна частина енергії, що запасається в резонаторі, розсівається на отворі зв'язку у вільний простір і втрачається. Як правило, діаметр отвору набагато менше діаметра дзеркала, внаслідок чого, вихідний пучок лазерного випромінювання має велику розходимість. Інший спосіб зв'язку лазерного резонатора із зовнішнім середовищем можна здійснити, зробивши вивідне дзеркало напівпрозорим для електромагнітних хвиль [А.с. СССР №1111657 МКИ 4 H01S3/08, 1984]. Як таке дзеркало можна використовувати дротяну решітку з періодом меншим довжини хвилі, яка добре пропускає хвилі з вектором поляризації , перпендикулярним дротам решітки і практично цілком віддзеркалює хвилі з вектором поляризації, паралельним дротам решітки. При цьому робота здійснюється на поляризації, яка паралельна дротам решітки. Вихідний пучок лазерного випромінювання при такому виді зв'язку буде мати малу розходимість. До недоліків такого виду зв'язку можна віднести вимогу високої однорідності дротяних решіток, дротяних решіток, а також неможливість змінювати діаметр пучка і, як наслідок, управляти його розходимістю. Найближчим аналогом (прототипом) є відкритий лазерний резонатор, вивідне дзеркало якого складається з двох напівпрозорих анізотропних дзеркал, які виконані у вигляді одновимірних дротяних решіток, які віддалені одна від одної (Пат. РФ №2025845 МІЖ5 HO1S 3/08 1994). При цьому одне з анізотропних дзеркал є зовнішнім, а друге - внутрішнім. Застосування такого вивідного дзеркала дозволило розширити функціональні можливості лазера за рахунок управління поляризацієй вихідного лазерного випромінювання. При цьому поляризація вихідного лазерного випромінювання регулювалася від лінійної до кругової. Проте, резонатор з таким виводом лазерного випромінювання не дозволяє управляти розходимістю вихідного пучка. В основу винаходу поставлено задачу: удосконалити вивідне дзеркало лазерного резонатора шляхом зміни виду зв'язку лазерного резонатора із зовнішнім середовищем, що забезпечує управління розходимістю вихідного пучка лазерного випромінювання. Поставлена задача вирішується тим, що у вивідному дзеркалі лазерного резонатора, що містить віддалені один від одного два дзеркала, внутрішнє із яких є напівпрозоре анізотропне, згідно з винаходом, зовнішнє дзеркало виконано суцільним з отвором зв'язку, а внутрішнє - у вигляді кільця, частково заповненого одновимірною дротяною решіткою, ширина якої більше або дорівнює діаметру отвору зв'язку і перекриває його, а відстань є між дзеркалами дорівнює: jo l =l ( + n), 2 180o де l - довжина хвилі лазерного випромінювання; j o - зсув фази між Е- і Н-поляризаціями електромагнітної хвилі, що пройшла крізь дротяну решітку; n=0,1,2,3... Виконання зовнішнього дзеркала суцільним з отвором зв'язку, а внутрішнього у вигляді кільця, частково заповненого одновимірною дротяною решіткою, дозволяє, варіюючи параметрами решітки та діаметром отвору зв'язку зовнішнього дзеркала, регулювати діаметр вихідного пучка лазерного випромінювання і управляти його розходимістю. Суть винаходу, який пропонується, пояснюється ілюстрацією, на якій подана схема запропонованого пристрою. Вивідне дзеркало утворено зовнішним суцільним металевим дзеркалом 1 з отвором зв'язку діаметром d і внутрішнім дзеркалом, яке виконано у вигляді кільця 2, частково заповненого дротяною решіткою 3. При цьому ширина t дротяної решітки 3 більше або дорівнює діаметру отвору зв'язку d (t > d). Відстань € між дзеркалом 1 і дротяною решіткою 3 складає: jo l =l ( + n), 2 180o де l -довжина хвилі лазерного випромінювання, n=0,1,2,3..., j o - зсув фази між Е- і Н- поляризаціями електромагнітної хвилі, що пройшла крізь дротяну решітку. Пристрій працює таким чином. Відомо, що одновимірна дротяна решітка 3 повністю пропускає електромагнітну хвилю з Η-поляризацією, а з Е-поляризацієй - одну частин у падаючої енергії пропускає, а другу віддзеркалює. Кількісно це визначається коефіцієнтом пропущення Τ одновимірної дротяної решітки 3. Крім того, для Ε-поляризації одновимірна дротяна решітка 3 є фазозсувним елементом, а зсув фази між двома ортогональними поляризаціями визначається параметрами одновимірної дротяної решітки 3. При цьому, для Ε-поляризації фаза електромагнітного випромінювання, що падає на одновимірну дротяну решітку 3, як би "провалюється" крізь неї. Таким чином, при використанні одновимірної дротяної решітки 3 як вивідного дзеркала відкритого лазерного резонатора вузол стоячої хвилі буде знаходи-тись зовні резонатора. Поміщаючи в цей вузол суцільне дзеркало 1 з отвором зв'язку, можна частину енергії віддзеркалити в резонатор, а другу частину енергії, що пройшла через отвір зв'язку, використовувати як вихідне лазерне випромінювання. При цьому, варіюючи параметрами одновимірної дротяної решітки 3 і діаметром отвору зв'язку суцільного дзеркала 1, можна регулювати діаметр вихідного пучка і, як наслідок, управляти його розходимістю.