Многопризменный решетчатый лазерный генератор

Оптическое устройство

Многопризменные решетчатые лазерные генераторы [ ^1] или MPG лазерные генераторы используют многопризменное расширение пучка для освещения дифракционной решетки, установленной либо в конфигурации Литтроу, либо в конфигурации скользящего падения. Первоначально эти узкополосные настраиваемые дисперсионные генераторы были введены как многопризменные решетчатые генераторы Литтроу (MPL) ^{[2] или гибридные многопризменные решетчатые} резонаторы с близким скользящим падением (HMPGI) ^{[3] [4]} в органических лазерах на красителях . Однако эти конструкции были быстро приняты для других типов лазеров , таких как газовые лазеры ^{[5] [6]} диодные лазеры [ ^{7] [8]} и совсем недавно волоконные лазеры ^[9 ]

Многопризменный решетчатый лазерный генератор с узкой шириной линии. ^[10] Решетка в этом генераторе развернута в конфигурации Литтроу.

Возбуждение

Многопризменные решетчатые лазерные генераторы могут возбуждаться либо электрически, как в случае газовых лазеров и полупроводниковых лазеров, ^[11] или оптически, как в случае кристаллических лазеров и лазеров на органических красителях. ^[1] В случае оптического возбуждения часто необходимо согласовать поляризацию возбуждающего лазера с поляризационными предпочтениями многопризменного решетчатого генератора. ^[1] Это можно сделать с помощью вращателя поляризации, тем самым повышая эффективность преобразования лазера. ^[11]

Производительность ширины линии

Теория дисперсии с несколькими призмами применяется для проектирования этих расширителей пучка либо в аддитивной конфигурации, таким образом добавляя или вычитая их дисперсию из дисперсии решетки, либо в компенсирующей конфигурации (давая нулевую дисперсию на расчетной длине волны), таким образом позволяя дифракционной решетке управлять характеристиками настройки лазерного резонатора. ^{[11] При этих условиях, то есть при нулевой дисперсии от расширителя пучка с несколькими призмами,} ширина линии лазера за один проход определяется как ^{[1] ​​[11]}

${\displaystyle \Delta \lambda \approx \Delta \theta \left(M{\partial \theta \over \partial \lambda }\right)^{-1}}$

где — расхождение пучка, а M — усиление пучка, обеспечиваемое расширителем пучка, который умножает угловую дисперсию, обеспечиваемую дифракционной решеткой. В случае многопризменных расширителей пучка этот коэффициент может достигать 100–200. ^{[1] [11]} ${\displaystyle \Delta \theta }$

Если дисперсия многопризменного расширителя не равна нулю, то ширина линии за один проход определяется выражением ^{[1] [11]}

${\displaystyle \Delta \lambda \approx \Delta \theta \left(M{\partial \theta \over \partial \lambda }+{\partial \phi _{2,m} \over \partial \lambda }\right)^{-1}}$

где первый дифференциал относится к угловой дисперсии от решетки, а второй дифференциал относится к общей дисперсии от многопризменного расширителя пучка . ^{[1] [11]}

Дуарте показал, что оптимизированные твердотельные лазерные генераторы с несколькими призматическими решетками генерируют импульсное излучение с одной продольной модой, ограниченное только принципом неопределенности Гейзенберга . ^[12] Ширина линии лазера в этих экспериментах составляет ≈ 350 МГц (или ≈ 0,0004 нм при 590 нм) в импульсах шириной ~ 3 нс при уровнях мощности в режиме кВт. ^[12] ${\displaystyle \Delta \nu }$ ${\displaystyle \Delta \lambda }$

Приложения

Области применения этих перестраиваемых лазеров с узкой шириной линии включают:

• Когерентная антистоксовая спектроскопия комбинационного рассеяния и диагностика горения ^[13]
• ЛИДАР ^[14]
• Лазерная спектроскопия ^{[15] [16]}
• Разделение изотопов методом лазерного атомного пара ^{[17] [18]}

Смотрите также

• Лазеры на красителях
• Твердотельные лазеры на красителях
• Лазерный резонатор
• Ширина линии лазера
• Теория дисперсии с множественными призмами
• Поляризационный ротатор
• Перестраиваемые лазеры

Ссылки

1. FJ Duarte , Генераторы импульсных лазеров на красителях с узкой шириной линии, в Dye Laser Principles (Academic, Нью-Йорк, 1990) Глава 4.
2. FJ Duarte и JA Piper, Двухпризменный расширитель пучка для импульсных лазеров на красителях, Opt. Commun. 35 , 100-104 (1980).
3. FJ Duarte и JA Piper, Импульсный лазер на красителе со скользящим падением и предварительно расширенной призмой, Appl. Opt. 20 , 2113-2116 (1981).
4. FJ Duarte и JA Piper, Генераторы лазеров на красителях с узкой шириной линии и высокой производительностью, накачиваемые медным лазером, Appl. Opt. 23 , 1391-1394 (1984).
5. FJ Duarte, Многопризменные лазеры Литтроу и импульсные лазеры CO2 со скользящим падением _, Appl . Opt. 24 , 1244-1245 (1985).
6. RC Sze и DG Harris, Настраиваемые эксимерные лазеры, в Справочнике по настраиваемым лазерам , FJ Duarte (ред.) (Academic, Нью-Йорк, 1995) Глава 3.
7. П. Зорабедян, Характеристики полупроводникового лазера с решеткой и внешним резонатором, содержащего внутрирезонаторные призматические расширители пучка, J. ​​Lightwave Tech. 10 , 330–335 (1992).
8. П. Зорабедян, Перестраиваемые внешние резонаторные полупроводниковые лазеры, в Справочнике по перестраиваемым лазерам , Ф. Дж. Дуарте (ред.) (Академик, Нью-Йорк, 1995) Глава 8.
9. TM Shay и FJ Duarte, в книге «Применение перестраиваемых лазеров» , 2-е изд., FJ Duarte (ред.) (CRC, Нью-Йорк, 2009) Глава 9.
10. FJ Duarte, TS Taylor, A. Costela, I. Garcia-Moreno и R. Sastre, Длинноимпульсный узколинейный дисперсионный твердотельный лазерный генератор на красителе, Appl. Opt. 37 , 3987–3989 (1998).
11. FJ Duarte, Tunable Laser Optics, 2-е изд. (CRC, Нью-Йорк, 2015).
12. FJ Duarte, Генератор твердотельного лазера на красителе с несколькими призматическими решетками: оптимизированная архитектура, Appl. Opt. 38 , 6347-6349 (1999).
13. RJ Hall и AC Eckbreth, Когерентная антистоксова спектроскопия комбинационного рассеяния : применение в диагностике горения, в Laser Applications (Academic, Нью-Йорк, 1984) стр. 213-309.
14. WB Grant, Лидар для атмосферных и гидросферных исследований, в книге Tunable Laser Applications , 1-е изд. (Marcel-Dekker, Нью-Йорк, 1995) Глава 7.
15. В. Демтредер , Лазерная спектроскопия: Grundlagen und Techniken , 5-е изд. (Шпрингер, Берлин, 2007).
16. В. Демтрёдер, Лазерная спектроскопия: основные принципы , 4-е изд. (Springer, Берлин, 2008).
17. С. Сингх, К. Дасгупта, С. Кумар, К. Г. Манохар, Л. Г. Наир, У. К. Чаттерджи, Мощный лазер на красителе с накачкой парами каппера с высокой частотой повторения, Opt. Eng. 33 , 1894-1904 (1994).
18. А. Сугияма, Т. Накаяма, М. Като, И. Маруяма, Т. Арисава, Характеристики перестраиваемого по давлению одномодового генератора лазера на красителе, накачиваемого генератором на парах меди, Opt. Eng. 35 , 1093-1097 (1996).

Внешние ссылки

• Схемы генераторов лазеров MPG