189544. lajstromszámú szabadalom • Hangolható sugárzási frekvenciájú lézerelrendezés
1 189 544 2 A találmány tárgya hangolható sugárzási frekvenciájú lézerelrendezés, amely hangolható frekvenciájú és kisszintü háttérsugárzással kísért lézersugárzás előállítására alkalmas, és mind tudományos, mind műszaki feladatok megoldására felhasználható. Ismertek olyan lézerelrendezések, amelyek optikai sugárzásokhoz kifejlesztett szivattyúoszcillátorból és erősítőfokozatokból állnak, és a sugárzási frekvencia szelektálására, ill. hangolására diffrakciós ráccsal vannak ellátva. Az ilyen elrendezés által kibocsátott sugárnyalábnál azonban a monokromatikus emissziós vonal mellett nem elhanyagolható spektrálisan szelektálhatatlan háttérsugárzás van jelen, ami az oszcillátor aktív anyagának az emissziós teljesítménnyel összemérhető szintű hiperlumineszcenciájára vezethető vissza. Ismert olyan hangolható sugárzási frekvenciájú elrendezés is, amely aktív anyagból, sugárnyalábképző egységből, tengelyen elrendezett diffrakciós rácsból és kicsatoló tükörből álló szivattyúoszcillátort, fókuszáló és kollimációs lencsével kiegészített diafragmát, továbbá aktív anyagból és prizmából kialakított erősítőfokozatot tartalmaz. Az erősítőfokozattal ellátott lézerelrendezés emissziós vonalának szélességét a szivattyúoszcillátor, teljesítményét az erősítő fokozat határozza meg. Az erősítő fokozat azonban a szivattyúoszcillátorból érkező spektrálisan szelektálhatatlan sugárzásokat is felerősíti. Ennek elkerülésére az oszcillátort és az erősítőfokozatot optikailag szét kell választani. A szétválasztás egy háromprizmás elrendezés, valamint fókuszáló és kollimációs diafragma segítségével van megoldva. A háromprizmás elrendezés a szivattyúoszcillátor sugárzási tartományának térbeli felosztására szolgál. A diafragma áteresztőtartománya az erősítőfokozat irányában az emissziós vonal szűk környezetére korlátozódik. A háromprizmás elrendezés diszperziója azonban kicsi, így a csillapítatlan háttérsugárzás az emissziós vonal közelében 10-20 * 10"10 m körüli érték. Az elrendezésen áthaladó sugárzás sugárzási tartományának a szivattyúoszcillátor emissziós hullámhosszával szinkronban kell eltolódnia. Ennek megvalósítására azonban a prizmákhoz bonyolult letapogató rendszert követel. A találmánnyal célunk a háttérsugárzásnak az erősítési tartományban hangolható emissziós frekvenciától eltérő frekvenciákon való elnyomásával a sugárzás teljesítményének és monokromatikusságának növelése. A feladat tehát olyan elrendezés kialakítása volt, amellyel a háttérsugárzás megfelelő elnyomása megoldható. A kitűzött feladatot azáltal oldottuk meg, hogy a hangolható sugárzási frekvenciájú lézerelrendezésben, amelynek aktív anyagból, sugárnyalábképző egységből, tengelyen elrendezett diffrakciós rácsból és kicsatoló tükörből összeállított szivattyúoszcillátora, fókuszáló és kollimációs lencsével ellátott diafragmája, és aktív anyagból álló erősítője van, további diffrakciós rácsot, valamint optikai forgatóegységet rendeztünk el. Az utóbbi diffrakciós rácsot a szivattyúoszcillátorral közös tengelyen rendeztük el, továbbá a két diffrakciós rács milliméterenkénti vonalszáma is megegyezik. Az optikai forgatóegységet a kicsatolótükör és a második diffrakciós rács között helyeztük el, míg a fókuszáló lencsét, a diafragmát, a kollimációs lencsét, és az erősítőt a második diffrakciós rács által reflektált sugárnyaláb hosszában, sorban egymás mögött rendeztük el. Ilymódon az optikai forgatóegység a kicsatoló tükörrel összevonható, és forgóprizmaként megvalósítható. A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük. Az la és lb ábrán a találmány szerinti lézerelrendezés példakénti kiviteli alakjának blokkvázlatát tüntettük fel. A 2. ábrán egy további kiviteli alak részletét mutatjuk be, vázlatosan. Amint az la és lb ábrákon látható, a lézerelrendezés aktív 1 anyagból, sugárnyalábképző 2 egységből, közös 5 tengelyen elrendezett diffrakciós 3 és 4 rácsból, forgóprizmával összevont kicsatoló 6 tükörből, fókuszáló 7 lencséből, 8 diafragmából, kollimációs 9 lencséből és további aktív 10 anyagból van összeállítva. Az aktív 1 anyag, a sugárnyalábképző 2 egység, a diffrakciós 3 rács és a kicsatoló 6 tükör szivattyúoszcillátort képez. Az emissziós frekvencia hangolása az 5 tengely forgatásával végezhető. A 2. ábrán kiemelt részleten látható, hogy a kicsatoló 6 tükör külön egységként van kialakítva, míg az optikai forgatóegység forgótükörrel van megvalósítva. A fenti lézerelrendezés a következőképpen működik : A szivattyúoszcillátorból kilépő sugárnyaláb a forgóprizma által úgy van irányítva, hogy az autokollimációsan elrendezett diffrakciós 4 rácsra az 5 tengelyhez képest 87-88°-os szögben érkezzen. A megfelelő beesési szög úgy van beállítva, hogy a diffrakciós 4 rács által reflektált sugárzás a beeső sugárnyalábot elkerülje. A diffrakciós 4 és 3 rácsok közös 5 tengelyen vannak elrendezve. A diffrakciós 4 és 3 rácsok párhuzamos vonalbeosztással vannak kiképezve, és milliméterenkénti vonalszámaik megegyeznek. Síkjaik a. szöget zárnak be. A szöget a szivattyúoszcillátor, és különösen a sugárnyalábképző 2 egység konkrét felépítése határozza meg (lásd lb ábrát). A difrakciós 4 rács által reflektált sugárzásból létrehozott, szögben szétválasztott sugárnyalábból a fókuszáló 7 lencsével és kollimációs 9 lencsével kiegészített, „nagy térfogatú szűrőként” viselkedő 8 diafragma szűk spektrumtartományú sugárnyalábot képez. Amennyiben a „nagy térfogatú szűrő” megfelelő frekvenciájú sugárzás áteresztésére beállítható, úgy az 5 tengely forgatásával behangolt frekvenciákat is automatikusan átengedheti. A „nagy térfogatú szűrön” áthaladó sugárnyaláb tehát eléri az erősítőt, majd felerősítve hagyja el a lézerelrendezést. Abban az esetben, ha a szivattyúoszcillátor rezonátora a diffrakciós 3 rácson kívül szögdiszperziót létrehozó elemet nem tartalmaz, a szűrő áteresztőtartománya a sugárzási frekvenciának az aktív 10 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
