Лазерний пристрій

1 Лазерное устройство, содержащее неколлинеарный оптический параметрический генератор (ОПТ) и источник волны накачки, при этом внутри генератора установлен нелинейный кристалл и средство отражения, образующее резонатор, в котором, по меньшей мере, одна из генерируемых волн является резонансной, при этом относительные ориентации волны накачки и каждой генерируемой волны по отношению к оптической оси нелинейного кристалла являются такими, что на кривой настройки длины волны накачки одной из генерируемых волн образуется точка перегиба так, что получается полихроматическое выходное излучение с широкополосным спектром 2 Устройство по п 1, дополнительно содержащее два отражателя, посредством чего волна накачки связывается с ОПТ 3 Устройство по п 2, в котором отражатели Настоящее изобретение относится к лазерному устройству Оптический параметрический генератор OPG (ОПГ) используется для генерации выходного излучения, подобного лазерному, в пределах содержат два дихроичных зеркала 4 Устройство по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее средство отражения волны накачки, посредством чего увеличивается интенсивность источника волны накачки 5 Усилитель, содержащий лазерное устройство по любому из предыдущих пунктов и средство для введения в устройство затравочной волны 6 Непрерывно настраиваемый узкополосный источник излучения, содержащий лазерное устройство по любому из пп 1 - 4, и дополнительно содержащий средство отражения, состоящее, по меньшей мере, из одного зеркала и средства настройки, и в котором, по меньшей мере, одно зеркало фиксируется, а средство настройки устанавливается с возможностью передвижения так, что получается непрерывно настраиваемое уз ко полосное выходное излучение 7 Непрерывно настраиваемый узкополосныи источник по п 6 в котором средство настройки является дисперсионным 8 Источник по п 7, в котором средство дисперсионной настройки содержит одну дифракционную решетку Литроу или Литмэна, призму Литроу или акустооптический дефлектор 9 Источник для когерентности томографии, содержащий лазерное устройство по любому из пп 1 - 4 10 Система для спектрального анализа среды, содержащая лазерное устройство по любому из пп 1 - 4 , дополнительно содержащее средство анализа, в котором одна из генерируемых волн входит в контакт со средой, и средство анализа анализирует спектр генерируемой волны после контакта определенного спектрального диапазона ОПГ содержит нелинейный кристаллический материал, в который подается излучение источника накачки Спектральный диапазон связан с длиной волны излучения источника накачки, при этом О (О ю 00 (О 46856 используется определенный тип нелинейного источника волны накачки материала и соответствующим образом Согласно второму аспекту настоящего выполненный тип геометрии Выходное излучение изобретения, усилитель содержит устройство, ОПГ, как правило, имеет узкую ширину спектра с согласно первому аспекту настоящего центральной длиной волны, которая изобретения, и средство для введения определяется углом оси кристалла относительно затравочной волны в устройство оси накачки Обычно, центральную длину волны В известном узкополосном усилителе ОПГ, можно непрерывно настраивать путем изменения кристалл, расположенный внутри ОПГ, должен ориентации или изменения температуры вращаться для согласования длины волны кристалла, при этом настройка имеет место при затравочной волны, но в настоящем изобретении соблюдении принципа сохранения импульса, а это не требуется, что позволяет получить более именно фазового согласования в терминологии простую конструкцию Изобретение также нелинейной оптики Обычно, для определенной позволяет получить более широкую полосу ориентации кристалла, только узкий спектральный усиления и более высокое спектральное диапазон сигнала и побочных длин волн перекрытие, которое необходимо иметь для удовлетворяет ограничениям по согласованию широкополосного усиления фаз, таким образом, только узкий спектральный Согласно третьему аспекту настоящего диапазон сигнала и побочные длины волн могут изобретения, непрерывно настраиваемый генерироваться одновременно Ранее были узкополосный источник, содержащий лазерное предприняты попытки получить более широкую устройство, согласно первому аспекту полосу спектра выходного излучения с изобретения, дополнительно содержит средство использованием лазерных систем на красителях отражения, в котором средство отражения или "вибронике" (vibromc), нокрасители, содержит, по меньшей мере, одно зеркало и используемые в системах с красителями, могут средство настройки, и в котором, по меньшей быть вредны и требуют специальных мер мере, одно зеркало является неподвижным, а предосторожности, в то время как системы на средство настройки устанавливается с основе виброника сложны при работе, а возможностью передвижения таким образом, что получаемая ширина полосы является маленькой, получается непрерывно настраиваемое обычно менее 50нм узкополосное выходное излучение Согласно первому аспекту настоящего Обычно, кристалл должен иметь возможность изобретения, лазерное устройство содержит переориентации каждый раз при настройке неколлинеарный оптический параметрический источника, тогда как настоящее изобретение генератор (ОПГ) и источник волны накачки, только требует регулировку средства настройки причем ОПГ содержит нелинейный кристалл, Средство настройки может содержать эталон, неподвижно установленный внутри генератора, в но предпочтительно, средство настройки является котором относительные ориентации волны дисперсионным Можно использовать любой накачки и каждой генерируемой волны по подходящий элемент, который имеет отношению к оптической оси нелинейного дисперсионные свойства, но предпочтительно, кристалла по существу являются такими, что средство дисперсионной настройки содержит точка перегиба образуется на кривой настройки вмонтированную дифракционную решетку Литроу длины волны в зависимости от ориентации волны (Littrow) или Литмана (Littman), призму Литроу или накачки одной из генерируемых волн, акусто-оптический дефлектор посредством чего получают выходное излучение с Согласно четвертому аспекту настоящего широким спектром изобретения, источник когерентной томографии содержит лазерное устройство, согласно первому Настоящее изобретение позволяет получить аспекту изобретения широкополосное излучение на выходе устройства, которое является устойчивым к внешним Более высокая ширина полосы устройства факторам, более безопасным и более простым в настоящего изобретения позволяет получить применении по сравнению с известными более короткую длину когерентности, обеспечивая широкополосными устройствами, а также имеет 3-х мерное изображение с повышенной большую ширину полосы разрешающей способностью Предпочтительно, устройство дополнительно Согласно пятому аспекту изобретения, содержит средство отражения для образования система для спектрального анализа среды резонатора, в котором, по меньшей мере, одна из содержит лазерное устройство, согласно первому генерируемых волн является резонансной Волна аспекту изобретения, причем система накачки может вводиться в ОПГ непосредственно дополнительно содержит средство анализа, в или через средство отражения, но котором одна из генерируемых волн входит в предпочтительно, лазерное устройство контакт со средой, и средство анализа анализирует спектр генерируемой волны после дополнительно содержит два отражателя, контакта посредством чего волна накачки связывается с ОПГ Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на Предпочтительно, отражатели содержат два которых дихроичных зеркала Предпочтительно, устройство дополнительно фиг 1 изображает лазерное устройство, содержит средство отражения волны накачки, согласно настоящему изобретению, посредством чего увеличивается интенсивность фиг 2 изображает лазерное устройство, согласно настоящему изобретению, которое адаптировано для получения генератора, фиг 3 изображает лазерное устройство, согласно настоящему изобретению, с дополнительной волной накачки, связывающей отражатели, фиг 4 изображает кривую настройки для устройства фиг 3, фиг 5 изображает дополнительное лазерное устройство, согласно настоящему изобретению, фиг 6 изображает кривую настройки для устройства фиг 5, фиг 7 изображает лазерное устройство, согласно изобретению, имеющее геометрию согласования фаз 11-го типа, фиг 8 изображает кривую настройки для устройства фиг 7, фиг 9 изображает лазерное устройство, согласно изобретению, для получения настраиваемого узкополосного выходного излучения, фиг 10 изображает систему для спектрального анализа, в которую входит лазерное устройство, согласно изобретению, фиг 11 изображает образование волны в системе фиг 10, фиг 12 изображает другую систему для спектрального анализа, в которую входит лазерное устройство, согласно изобретению, фиг 13 изображает геометрию широкополосного оптического параметрического усилителя ОПУ (ОРА), в которую входит лазерное устройство, согласно изобретению, и фиг 14 изображает лазерное устройство настоящего изобретения при использовании в системе изображения для получения высокого разрешения 3-х мерного изображения через рассеивающую среду На фиг 1 изображен первый пример лазерного устройства, согласно изобретению Устройство содержит оптический параметрический генератор (ОПГ), образованный из нелинейного кристалла 1, в котором определена оптическая ось 2 Волна накачки 3 вводится из источника 4 накачки и выводится из кристалла 1 под углом а к оптической оси 2 Образованная волна 5 выходит из кристалла под углом р к оптической оси 2 На фиг 2 изображены два зеркала 6 и 7, которые образуют резонатор со стоячей волной для генерируемой сигнальной волны 5, в этом случае резонансной волны, таким способом образуя оптический параметрический генератор ОПГ (ОРО), с другой стороны, с помощью дополнительного зеркала, зеркал 6 и 7 можно получить кольцевой резонатор Волна 3 накачки может вводиться через или около зеркал б и 7 или, как показано на фиг 3, через два отражателя 8 и 9, которые связывают волну 3 накачки, проходящую из источника 4 накачки в кристалл 1 Как правило, эти отражатели являются дихроичными зеркалами, таким образом, отражается только волна накачки, а сигнальная волна проходит через них Дополнительной особенностью фиг 3 является отражатель 10 волны накачки, который увеличивает интенсивность источника 4 накачки 46856 за счет двойного прохода волны 3 накачки На кристалл 1 падает волна накачки 3 и образуются выходная сигнальная волна 5 и побочная волна (не показана) В этих примерах, кристаллом 1 является бэта-барий-борат БББ (ВВО), который легко доступен, и ОПГ имеет неколлинеарную геометрию 1-го типа, согласованную по фазе Можно использовать другие типы кристаллов, включая триборат лития ТЕЛ (LBO) и нелинейные материалы с периодическим изменением поляризации, такие как ниобат лития с периодическим 'изменением поляризации НЛПИП (PIPLN) За счет периодического изменения направления поляризации, создается квазифазовое согласование, которое .позволяет использовать более высокие коэффициенты нелинейности Геометрия 1-го типа определяется таким образом, что направление поляризации волны 3 накачки является ортогональным по отношению к направлению поляризации как сигнальной волны 5, так и побочной волны Нелинейный кристалл 1 устанавливают так, чтобы резонансная сигнальная волна 5 и волна 3 накачки проходили через кристалл 1 под специфическим набором углов а и р направления волнового вектора накачки и направления волнового вектора сигнала, соответственно, относительно оптической оси 2 Во время работы, ОПГ накачивают с помощью третьей гармоники (355нм) лазера на алюмоиттриевом гранате с примесями неодима АИГ Nd (Nd YAG) с модуляцией добротности Энергия импульсов накачки доходила до 15 мДж при длительности 10 не В конкретной конфигурации фиг 3 углы имели направление волнового вектора р = 40,3° относительно оптической оси 2 и направление волнового вектора накачки а = 35,9° относительно оптической оси Приведенные углы являются приблизительными, причем условие заключается в том, что они являются приблизительными углами для направления волнового вектора сигнала и направления волнового вектора накачки, и при этих значениях имеет место точка перегиба на кривой длины волны в зависимости от ориентации волны накачки В этой геометрии уход частично компенсируется с помощью неколлинеарности Однако, компенсировать уход не обязательно Кристалл БББ был вырезан под углом Э = 40° и имел размеры 8 х 4 х 18мм3 Входные и выходные грани имели широкополосное антиотражающее покрытие, выполненное из одного слоя фторида магния Для этого кристалла и геометрии накачки, отмечая характерное расхождение луча накачки 0,6 мрад, обычное условие фазового согласования для Дк < тт/1 показывает, что для длины (1) кристалла 18мм, широкополосное колебание должно наблюдаться выше диапазона 500нм - бООнм фиг 4 , который показывает кривую настройки этой геометрии Следует отметить, так как существует маленький эффект ухода в этой конфигурации, можно использовать длинный кристалл Похожий спектральный диапазон при этом наблюдался экспериментально На фиг 5 показан еще один пример с 8 46856 существовал бы второй фотон, генерируемый на направлением волнового вектора сигнала, одной из дополнительных частот волны, где расположенным под углом р = 31,5° относительно сохранение энергии требует соблюдения условия оптической оси 2 и под углом волнового вектора top = w s + со, , где р, s и і относятся к волне накачки накачки а = 35,9° Хотя эта конфигурация имеет и двум генерируемым волнам, сигнальной и относительно большой угол ухода по сравнению с побочной Если предпочтительная или первым примером, она имеет более высокий расширенная работа устройства устанавливается приемный угол и эффективный нелинейный на определенной частоте сигнальной волны, то коэффициент Ширина полосы выходного предпочтительное или расширенное выходное излучения в этой конфигурации подобна той, излучение также наблюдается на определенной которая показана на примере фиг 3, и соответствующей побочной частоте Получая изображена с помощью кривой настройки фиг 6 изображение пространственно рассеянной Другой пример изображен на фиг 7 На нем побочной волны 13 с помощью линзы 12, показан неколлинеарный ОПГ 11-го типа, например, на матрице 14 ПЗС (CCD), можно использующий БББ в качестве нелинейного измерять любые флуктуации интенсивности кристаллического материала Геометрия 11-го рассеянной волны Этот эффект может типа определена таким образом, что векторы использоваться при выполнении спектрального поляризации сигнала и побочных волн анализа, например/ следующими различными ортогональны друг другу, тогда как вектор способами поляризации сигнала параллелен вектору поляризации волны накачки Конкретная (і) Если световой пучок 15 с частотой, конфигурация для этого ОПГ соответствует находящейся в пределах спектрального направлению волнового вектора сигнала р = 40,5° диапазона сигнальной волны, генерируемой в относительно оптической оси 2, направлению лазерном устройстве, подобном типу, описанному волнового вектора накачки а = 36,05° в первых четырех вариантах осуществления, относительно оптической оси Важность этой вводится в нелинейный кристалл 1, то конфигурации заключается в ее возможности предпочтительное усиление будет наблюдаться демонстрации чрезвычайно широкой ширины на этой частоте с соответствующим увеличением полосы, в пределах диапазона от приблизительно интенсивности вторичной волны, контролируемой 900нм до 1300нм фиг 8 по матрице 14 ПЗС При соответствующем численном анализе можно подсчитать наличие, В примере фиг 9 изображен непрерывно длину волны и интенсивность вводимой волны, настраиваемый узкополосный источник Это аналогично показаниям широкополосного использование лазерного устройства похоже на детектора оптического излучения и спектрального те, которые описаны в предыдущих вариантах анализатора Это показано схематически на фиг осуществления, за исключением того, что одно из 10 и 11 На фиг 11 представлен механизм зеркал 7 резонатора ОПГ заменено на неколлинеарного фазового согласования, дисперсионный элемент В этом примере изображающий генерацию соосных и установлена дифракционная решетка 11 Литроу пространственно рассеянных волн, где х или Литмэна Преимущество этого размещения анализируемая ширина полосы, и заключается в том, что нет необходимости изменять ориентацию нелинейного кристалла 1, пространственно рассеянная побочная волна 16 который может представлять значительную образуется из вводимого светового пучка 15, проблему в известных узкополосных источниках который проходит через кристалл 1 Устройство Фиг 9 демонстрирует этот вариант при таком расположении можно использовать при осуществления для установленной дистанционном контроле за загрязнением, например идентифицировать и контролировать дифракционной решетки Литроу первого порядка уровни СОг или других вредных газов в В известном узкополосном источнике, необходимо атмосфере или наличие загрязнителей, таких как делать дополнительные регулировки как для нефть, сточные воды или химические пятна на ориентации нелинейного кристалла, так и для поверхности рек и устьев рек ориентации дифракционной решетки, чтобы произвести настройку такого узкополосного (м) Характеристики поглощения материалов устройства Выполнение подходящей геометрии с можно исследовать в устройствах, аналогичных согласованием фаз в лазерном устройстве тому, который схематически изображен на фиг настоящего изобретения облегчает эту задачу за 12 Поглощающий образец можно счет устранения требований по регулировке позиционировать вне ОПГ, но в этом случае, ориентации кристалла при сохранении образец 17 размещается внутри ОПГ Образец регулировки дифракционной решетки 11 в виде поглощает световой пучок на частотах в пределах средства управления длиной волны спектрального спектрального диапазона сигнальной волны ОПГвыходного излучения Следовательно, эти частоты подавляются, и эта модуляция снова появляется в профиле Другим применением лазерного устройства дополнительной рассеянной волны, является работа в качестве спектрального анализатора, использующего пространственные контролируемой с помощью матрицы 14 ПЗС дисперсные характеристики одной из Применения в этом примере подобны генерируемых волн Характер работы устройства изображенным на фиг 10, но для случая, где есть требует, чтобы для каждого фотона светового возможность выбирать образец, а не для пучка, генерируемого на одной из частот дистанционной работы В качестве генерируемых волн, сигнала или побочной волны, альтернативного применения спектрального 46856 10 источником Известные источники испытывают недостаток мощности и ширины полосы, которые требуются для компенсации эффекта рассеяния, встречающегося в мутных средах, таких как ткань человека Лазерное устройство 18 может иметь тип, описанный здесь, и связанный с помощью вспомогательного устройства, в котором коллинеарный, соосный, полихроматический луч 19, выходящий из устройства 18, расщепляется на два луча 20 и 21 с помощью расщепителя 22 Один луч 20 пересекает рассеивающую среду 23, в котором требуется высокая глубина проникновения и пространственное разрешение вложенного или более отдаленного объекта 24 для того, чтобы падать на объект и рассеиваться Другой луч 21 пересекает регулируемую линию 25 задержки, и два луча затем вводятся в нелинейное когерентное устройство 26 обнаружения Таким образом, можно получить изображение объекта, например, кости или опухоли, для которого эффект рассеяния материала компенсируется, обеспечивая изображения более высокого качества Другим применением устройства является Показанные выше варианты осуществления генератор ультракоротких импульсов Источник описаны посредством только примера, и в них накачки выбирают таким, чтобы можно было можно внести изменения без отклонения от получить импульсы с ультракороткой масштаба изобретения Например, можно длительностью, и устройство используется использовать другие нелинейные материалы специально для генерации ультракоротких Возможной конфигурацией этого вида является импульсов ~ Минимально достижимая неколлинеарный ОПГ 1-го типа, использующий длительность импульса определяется с помощью ТБЛ в качестве нелинейной среды, где спектральной ширины импульса и условия направление сигнального волнового вектора неопределенности ДиДт < 1 Лазерное устройство составляет 51° относительно оптической оси в настоящего изобретения расширяет допустимую плоскости х-у, направление волнового вектора ширину полосы ОПГ, и, следовательно, позволяет накачки - 47,5° относительно оптической оси также осуществить генерацию более коротких, в плоскости х-у Кроме того, центральная длина импульсов Компрессия импульсов достигается волны широкополосного выходного излучения посредством обращения сигнала с линейной может быть смещена с помощью использования частотной модуляцией и самосжатия в других источников накачки с различными длинами нелинейном кристалле волн генерации лазера, такими как выходное Другое применение, показанное на фиг 14, излучение хлорид-ксенонового (ХеСІ) эксимерного для которого подходит устройство, заключается в лазера, работающего на длине волны 308нм В использовании его в качестве источника 24 для этом случае направление волнового вектора когерентной томографии, которая объединяет сигнала для устройства на основе БББ составляет высокую глубину с высоким пространственным 47,6° относительно оптической оси, и волновой разрешением, для применений в области вектор накачки - 42,5° относительно оптической получения изображений, основанных на малой оси длине когерентности и низкой расходимости излучения, которое связано с полихромным анализа, можно использовать лазерное устройство в качестве источника широкополосного светового пучка для дифференциального обнаружения и измерения дальности поглощения света ДОИДПС (DIAL) На фиг 13 изображен оптический параметрический усилитель (ОПУ) 1-го типа, использующий БББ в качестве нелинейной среды Усилитель содержит нелинейный кристалл 1, имеющий оптическую ось 2 и два отражателя 8 и 9, а также дополнительный отражатель 10 накачки Волна 3 накачки генерируется с помощью источника 4 накачки, и сигнальная волна 5 подается посредством освещения нелинейного кристалла 1 широкополосным или узкополосным излучением вдоль направления сигнальной волны, после чего те спектральные компоненты, которые находятся внутри спектрального диапазона, согласованного по фазе и определяемого с помощью ограничений для согласования фаз, испытывают оптическое усиление Фиг. 1 2 6 • * — J -А і Фиг. 2 12 46856 11 5 IJ H "^ A 9 Ґ 8 4 ~2) • r V 4 • Фиг. З 35.7 Ж6 35.9 36 Направление накачки (град) 36.1 Фиг. 4 Фиг. 5 35В 35Э 36 Ние накачки (град) Фиг. 6 Фиг. 7 36,1 14 46856 13 35.8 35.9 36 36.1 Направление накачки (град) Фиг. 8 10 Фиг. 9 Фиг. 10 352 46856 15 16 1? Фиг. 12 10 Фиг. 13 Фиг. 14 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71