191669. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és eszköz lézer intenzitás modullálására és módus szinkronizálására
A találmány tárgya eljárás és eszköz lézer intenzitásmodulálására és módusszinkronizálására. Ismeretes, hogy a lézer aktív anyagának erősítési görbéje alá általában a két tükör között elhelyezett aktív anyagot tartalmazó rezonátornak több saját módusa fér el, ezért a generáció több frekvencián (módusban) jelentkezik. Attól függően, hogy milyen messze van a lézerküszöb, több vagy kevesebb módus alakul ki, melyek konkurálnak egymással a rezonátor jóságától függően. Ha a rezonátorba aktív vagy passzív veszteséget vezetnek be, ezzel megváltoztatva a rezonátor jóságát, befolyásolható a különböző módusok kialakulása a veszteség célszerű időbeli vezérlésével. Ha a jóság modulálásának frekvenciája sokkal alacsonyabb a módusok lebegési frekvepciájánál, illetve a módusok frekvenciakülönbségénél, és amplitúdója elég nagy a módusok kioltásához, akkor a lézer intenzitásmodulációja jön létre, melyet Q-kapcsolt üzemmódnak nevezünk, ha pedig egyéb feltételek kielégítése mellett a jóság modulációja olyan magas frekvencián történik, mely szinkronban van a módusok frekvenciakülönbségével, akkor a módusok között kölcsönhatás jön létre, és a különböző módusok fázisának illesztésével módusszinkronizált üzemmódot lehet létrehozni. A rezonátoron belüli modulációnak előnye, hogy mivel a veszteség kis mértékű változtatásával erősen befolyásolható a lézerküszöb körüli intenzitás, a megfelelő modulációhoz kis teljesítmény is elegendő, Q-kapcsolt üzemmódban nő a lézer teljesítménye, módusszinkronizált üzemmódban pedig néhány pikoszekundumos impulzusokat lehet előállítani. A Q kapcsolás aktív és passzív elemmel is megoldható A passzív Q-kapcsolás lényege, hogy a rezonátoron belül elhelyezett Q-kapcsoló anyagának transzmissziója függ a beeső fény intenzitásától és elég nagy intenzitásoknál annyira megnő, hogy a lézer óriás fényimpulzust generál. Az aktív vagy passzív Q-kapcsolást és a (más anyagból készült külön egységgel végzett) módusszinkronizációt akusztooptikai vagy elektrooptikai modulátorral >)dj:ík meg A íuódusszinkronizáció modulálási frekvenciáját a rezonátor hossza határozza meg. Ennek az a hátránya, hogy a rezonátorba két olyan optikai eszköz kerül, melynek felülete a reflexiók miatt lerontja a rezonátor jóságát, ami a lézerküszöb növekedéséhez vezet és azonos pumpálási feltételek mellett csökkenti a lézer teljesítményét. Mivel a módusszinkronizálás a küszöb közelében történik, ezért itt a rezonátor jóságának igen kis (néhány százalékos) változata is befolyásolja a módusszerkezetet. Célunk a találmánnyal olyan eljárás és eszköz létrehozása lézer intenzitásmodulálásra és módusszinkronizálására, amely lehetőséget ad a különböző elemekből származó veszteségek csökkentésére, a rezonátor jóságának növelésére (a küszöb csökkentésére) és azonos pumpálási feltételek mellett nagyobb teljesítmény elérésére. A találmány alapja az a felismerés, hogy ha akárcsak néhány százalékos hatásfokú akusztooptikus diffrakciót vagy elektrooptikus modulációt hozunk létre abban a lézerfrekvencián telítődő abszorpciót mutató anyagban, amely egyben passzív Q-kapcsolóként működik egy lézer rezonátorában, és az ily módon létrehozott veszteséget megfelelően moduláljuk, akkor minimális káros veszteség mellett befolyásolhatjuk a módusszerkezetet, illetve módusszinkronizációt hozhatunk létre. 2 Ennek feltétele, hogy akusztooptikus moduláció esetén az ultrahang sebessége és a frekvencia elegendő legyen ahhoz, hogy az akusztikai hullámok által keltett diffrakciós rács állandója jóval kisebb legyen mint a nyaláb aperturája és a frekvencia a rezonátor hosszától függő módustávolsággal szinkronban legyen, illetve eleget tegyen az f = --7- összefüggésének, ahol c = a fény 2.L n sebessége, L* = a modulátor és valamelyik lézertükör közötti optikai úthossz, n = egy nem nagy egész szám, f = a ffekvencia. A találmány szerint tehát a kitűzött feladatot egy olyan eljárással oldjuk meg, amelynek során a passzív Q-kapcsoló tulajdonságaival rendelkező elemben módusszinkronizációt eredményező aktív fényintenzitás modulációt hozunk létre. Célszerűen a módusszinkronizáláshoz szükséges aktív modulációt akusztooptikai vagy elektrooptikai úton hozzuk létre. A javasolt eszközben a passzív Q-kapcsoló és a módusszinkronizáló modulátor egyetlen elemben van integrálva, amelynek anyaga célszerűen LiF, RbBr vagy folyadék (lézerfesték). Előnyösen az integrált passzív Q-kapcsoló és rnódusszinkronizáló modulátor egyik határfelületén - pl. párolással — van kialakítva a lézer egyik tükre. A továbbiakban egy példa alapján részletesebben ismertetjük a találmányt. Egy LiF passzív Q-kapcsolóra longitudinális akusztikai hullámokat gerjesztő ultrahangátalakítót kontaktáltunk, mellyel 100 MHz-es álló ultrahanghullámokat gerjesztünk egy 75 cm optikai hosszúságú rezonátorban. A LiF-ban létrehozott akusztooptikai diffrakció szükséges hatásfokát 10 W-os vezérlőteljesítménnyel érhetjük el. A lézer aktív anyaga Nd-al szennyezett foszfátüveg volt, a LiF kristály az aktív akusztooptikai moduláción kívül Fj szincentrumaival egyidejűleg a passzív Q-kapcsoló szerepét is betöltötte. Ennek hatására a szokásos módusszinkronizált üzemmóddal szemben a lézer küszöbkörüli stabilitása megnőtt. ugyanakkor lecsökkent a szatelit impulzusok megjelenésének valószínűsége. Ezenkívül jelentős előnyt biztosított akét elem integrálása, ami a felületi reflexiók, s ezen keresztül a lézerküszöb csökkenéséhez vezetett. További előnyt jelent, hogy a lézer rezonátoron belül csak egy elemet kell mechanikailag pozícionálni (jusztálni). • Hasonló módon megvalósítható a passzív Q-kapcsolóval egy elembe integrált aktív elektrooptikai moduláció is, és bizonyos passzív Q-kapcsoló szerepét betöltő fastékoldatok (pl. KODAK N 9860) akusztopotikai vagy elektrooptikai modulációja, mellyel módusszinkronizációt végezhetünk. Tovább növelhető az integráció, ha az egyik lézertükröt a passzív Q-kapcsoló és módusszinkronizátor szerepét betöltő optikai elemre pároljuk. Összefoglalva a találmány az impulzus vagy folyamatos üzemmódú lézerek rezonátoron belüli modulálásának egy speciális megoldására vonatkozik, melynél egy elemben egyesülnek a passzív Q-kapcsoló és az akusztooptikus vagy elektrooptikus módusszinkronizátor előnyei, ami lehetőséget biztosít a különböző elemekből származó veszteségek csökkentésére - a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
