×
31.07.2020
220.018.3a22

СПОСОБ НАСТРОЙКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ТРЕТЬЮ ГАРМОНИКУ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к нелинейным преобразователям частоты лазерного излучения. Способ настройки преобразователей частоты (ПЧ) лазерного излучения (ЛИ) в третью гармонику обеспечивает настройку ПЧ в два этапа. На первом этапе кристалл-преобразователь частоты настраивают по азимутальному углу, добиваясь необходимого значения угла между главной плоскостью кристалла и направлением поляризации рабочего ЛИ. На втором этапе предварительно определяют точный абсолютный угол синхронизма и закрепляют полученный угол за данным кристаллом-преобразователем, после чего производят настройку ПЧ на этот угол синхронизма относительно направления падающего на ПЧ рабочего ЛИ. Измерение угла синхронизма производят геодезическим способом. Технический результат заключается в обеспечении возможности использования для преобразования ЛИ в третью гармонику неоптимизированных для этого ПЧ, сохраняя при этом высокую точность выставления как малых, так и больших углов настройки синхронизма. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к нелинейным преобразователям частоты (ПЧ) лазерного излучения (ЛИ) и касается вопросов настройки ПЧ для преобразования ЛИ в третью гармонику.

Известен способ настройки ПЧ на лазерной установке Nova без получения значения абсолютных углов настройки [М.А. Summers, L.G. Seppala, F. Rienecker, D. Eilmerl, B.C. Johnson, "Nova Frequency Conversion System", Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, UCRL-86009, October 28. Prepared for submittal to 9th Symposium on Engineering Problems of Fusion Research, Chicago, Illinois]. К недостаткам этого способа настройки кристаллов для преобразования ЛИ в третью гармонику относится отсутствие на многих других лазерных установках задающего генератора, способного работать в импульсно-периодическом режиме, позволяющем произвести такую настройку.

Наиболее близким к заявляемому является способ настройки конвертора (ПЧ) лазерного излучения в третью гармонику, который применяется для американской многоканальной лазерной установки NIF [Wegner P., Auerbach J., Biesiada Т., Dixit S., Lawson J., et all - NIF final optics system: frequency conversion and beam conditioning. - SPIE Photonics West, San Jose, California, January 24 - 29, 2004]. Кристаллы преобразователя частоты и финальная линза на установке NIF закрепляются в единую монолитную алюминиевую конструкцию (final optics cell). Все элементы ячейки и элементы их крепления сделаны с большой точностью (угловая ошибка каждого элемента не превышает 10 мкрад). Настраивают ПЧ на угол синхронизма относительно направления падающего на ПЧ лазерного излучения. При настройке каждая ячейка с помощью трех активаторов поворачивается так, чтобы отраженный от кристалла удвоителя луч составлял угол 1.16 мрад относительно падающего. Настройка производится по изображению CCD-камеры, установленной в фокусе выходной линзы транспортного пространственного фильтра (ТПФ) на небольшом расстоянии от центра диафрагмы ТПФ. Описанный способ настройки предполагает практически идеальное изготовление кристаллов преобразователя частоты с точки зрения ориентации оптической оси относительно их поверхности. Для решения этой задачи на установке NIF разработана специальная система CATS - Crystal Alignment Test System [Hunt J.T. - National Ignition Facility Performance Review 1999. - LLNL Report UCRL-ID-138120-99, 2000, 313 p]. Она позволяет провести прецизионное измерение угла синхронизма каждого нового выращенного кристалла по отношению с образцовым кристаллом с точно известным расположением осей. Далее разница между кристаллами устраняется при алмазном фрезеровании нового кристалла. Оптимизированные таким способом кристаллы имеют высокую стоимость, а метод настройки не универсален и подходит с удовлетворительной точностью для ПЧ с небольшими углами настройки, при этом невозможно осуществление настройки для больших углов.

Техническая проблема, решаемая изобретением, состоит в обеспечении возможности настройки неоптимизированных преобразователей частоты.

Технический результат состоит в технологическом упрощении процесса настройки ПЧ с обеспечением удовлетворительной точности настройки, как для небольших, так и для больших углов.

Данный технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного способа настройки преобразователя частоты (ПЧ) лазерного излучения в третью гармонику, заключающегося в том, что настраивают ПЧ на угол синхронизма относительно направления падающего на ПЧ лазерного излучения, в предложенном способе используют ПЧ неоптимизированной геометрии, обеспечивают настройку ПЧ в два этапа, для чего сначала на первом этапе выставляют ПЧ под углом к направлению поляризации падающего на ПЧ излучения, после чего на втором этапе настраивают ПЧ на угол синхронизма относительно направления падающего на ПЧ лазерного излучения, причем на первом этапе для выставления ПЧ под углом к направлению поляризации осуществляют азимутальную настройку, для чего предварительно задают положение реперных полос на экране, и далее выставление ПЧ под углом к направлению поляризации лазерного излучения обеспечивают оптически при пропускании лазерного излучения через ПЧ путем получения на экране интерференционных полос и путем вращения ПЧ задания их положения относительно реперных полос на экране, об азимутальной настройке судят по параллельности интерференционных и реперных полос на экране, после обеспечения параллельности интерференционных и реперных полос на экране на первом этапе, на втором этапе предварительно определяют точный абсолютный угол синхронизма, после чего настройку ПЧ на угол синхронизма относительно направления падающего на ПЧ лазерного излучения производят геодезически, о точности настройки ПЧ лазерного излучения в третью гармонику судят по совпадению углового положения максимума генерации гармоники с направлением настроенного на угол синхронизма падающего на ПЧ лазерного излучения.

То есть, физическая основа способа состоит в том, что найден подход, позволяющий обеспечить условия для настройки неоптимизированных преобразователей частоты. Первый этап настройки (по азимутальному углу) позволяет определить и выставить положение главной плоскости кристалла относительно поляризации ЛИ без использования рабочего излучения лазерной установки, что технологически упрощает процесс настройки, исключая на этом этапе работу самой установки. Этот этап настройки необходим при работе с неоптимизированными кристаллами, т.к. в этом случае положение главной плоскости кристалла не сориентировано и требует настройки.

Новизна второго этапа в использовании геодезического метода настройки. Суть подхода в использовании автоколлимационного теодолита позволяющего измерить и настроить абсолютные углы синхронизма большой величины (кристаллы могут иметь углы настройки на синхронизм 10°-15°), обеспечивая ту же точность, что и для малых углов настройки (углы ~ единиц минут). То есть процесс настройки подстраивается под геометрию имеющегося кристалла, позволяет использовать данный кристалл для разных задач, например для преобразования как во вторую так и в третью гармоники без его доработки. В прототипе для каждой задачи с высокой точностью изготавливается отдельный кристалл, требующий дорогостоящей оптимизации. Таким образом, предложенный подход обеспечил возможность использования неоптимизированных кристаллов преобразователя и технологическое упрощение процесса настройки ПЧ с обеспечением удовлетворительной точности настройки для малых и больших углов.

На фиг. 1 схематично изображен стенд для настройки кристаллов по азимутальному углу ϕ, где 1 - собирающая линза, 2 - кристалл преобразователя частоты, 3 - призма Глана, 4 - собирающая линза, 5 - экран с повернутыми на угол ϕ относительно вертикали полосами.

На фиг. 2 приведена оптическая схема выставления угла для максимума синхронизма на канале установки, где 6 - усилитель лазерной установки, 2 - кристалл преобразователя частоты, 7 - автоколлимационный теодолит.

Для решения поставленной задачи предложен способ, реализованный следующим образом. Экспериментальный неоптимизированный образец кристалла (ПЧ) выставляется относительно поляризации ЛИ и определяются его углы настройки на синхронизм. Абсолютные углы настройки на синхронизм контролируются геодезическим методом, фиксируются за образцом кристалла и используются для его дальнейшей настройки в экспериментах по преобразованию ЛИ в третью гармонику.

Таким образом, полная настройка кристаллов происходит в два этапа.

Для настройки кристаллов по азимутальному углу ϕ (первый этап полной настройки) использовалась схема, приведенная на фиг. 1.

Параллельный пучок настроечного лазера (с длинной волны в видимом диапазоне) падает на линзу 1, далее сходящийся пучок проходит через кристалл преобразователя частоты 2 и анализатор 3, затем после линзы 4 параллельный пучок падает на экран с реперными полосами 5, который установлен таким образом, чтобы нанесенные на него линии составляли необходимый угол ϕ с вертикалью (т.к.в данном примере рабочее излучение лазера имеет вертикальную поляризацию).

Излучение, проходя через кристалл, меняет свое состояние поляризации, после анализатора на экране образуется система интерференционных полос, перпендикулярных главной плоскости кристалла. Вращая кристалл в азимутальном направлении по углу ϕ, добиваются совпадения полос. О настройке судят по степени параллельности интерференционных и реперных полос на экране.

Направление синхронизма в ПЧ при реализации определяли по общепринятой методике, облучая его конусом сходящихся лучей основной частоты с регистрацией на CCD-камеру полосы синхронизма генерируемой оптической гармоники и опорной метки [С.Е. Barker, D. Milan, R. Boyd "High Fluence Third Harmonic Generation", LLNL UCRL-LR-105821-93-2, Volume 3, Number 2, 1993, 55-62]. Угловое положение нелинейного элемента контролировалось относительно луча юстировочного лазера геодезическим способом. При выставлении кристаллов в угол синхронизма в эксперименте на генерацию третьей гармоники также используется метод, применяемый при измерении и контроле углов падения излучения на поверхность преобразователя частоты в опытах при определении направления синхронизма.

Оптическая схема геодезического метода выставления угла для направления фазового синхронизма с помощью автоколлимационного теодолита (второй этап полной настройки) показана на фиг. 2.

Автоколлимационный теодолит 7 устанавливается за кристаллом-преобразователем частоты 2 и выставляется на юстировочный луч лазерной установки. Направление луча измеряется непосредственно по теодолиту путем наблюдения котировочного луча в окуляр. Для снижения яркости луча, наблюдаемого в теодолите, до безопасного уровня используется специально изготовленная насадка для окуляра, состоящая из светофильтров, ослабляющих излучение юстировочного лазера. Теодолит устанавливается по уровням в горизонтальное рабочее положение. Далее находим изображение юстировочного луча, точно совмещаем с ним сетку нитей теодолита и берем отсчеты (при вертикальном и горизонтальном круге) углового положения юстировочного луча. Данные отсчеты являются для нас нулевыми. Относительно этого положения откладывается предварительно экспериментально измеренный угол положения кристалла для направления фазового синхронизма преобразователя с учетом температурной поправки. Производим корректировку положения кристалла с помощью микрометрических подвижек до совпадения штрихов собственной сетки нитей и коллимационного отражения. Теперь кристалл считается выставленным. Суммарная погрешность выставления кристалла с помощью описанного метода не превышает ±17 угловых секунд (82 мкрад). И эта погрешность сохраняется как для углов настройки менее 1°, так и для больших углов ~ 10°-15°. Как результат, предложенный подход обеспечил возможность использования неоптимизированных кристаллов преобразователя и технологическое упрощение процесса настройки ПЧ с обеспечением удовлетворительной точности настройки для малых и больших углов.


СПОСОБ НАСТРОЙКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ТРЕТЬЮ ГАРМОНИКУ
СПОСОБ НАСТРОЙКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ТРЕТЬЮ ГАРМОНИКУ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 796 items.
27.04.2013
№216.012.3b44

Способ определения сплошности покрытия изделия

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к области газовой дефектоскопии, может применяться при контроле сплошности покрытий с низкой водородопроницаемостью, наносимых на поверхность крупногабаритных металлических изделий сложной конфигурации. Способ определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480733
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.41ed

Интерферометр

Изобретение может быть использовано для контроля качества афокальных систем, в том числе крупногабаритных, а именно: плоских зеркал, светоделителей, плоскопараллельных пластин, клиньев, телескопических систем с увеличением, близким к единичному. Интерферометр содержит формирователь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482447
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.06.2013
№216.012.49ed

Переход волоконно-оптический

Изобретение относится к волоконно-оптической технике и может быть использовано для герметичного ввода оптического волокна через перегородку. Устройство содержит герметично установленный в стенке металлический корпус, выполненный составным из двух скрепленных по резьбе частей с проходным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484505
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5ab8

Система параметрической гидролокации с функцией получения акустического изображения целей

Использование: изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей и получения их акустического изображения. Сущность: в предложенной системе параметрической гидролокации излучение низкочастотных зондирующих сигналов формируют путем нелинейного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488845
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.09.2013
№216.012.686e

Затвор люка камеры

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании крупногабаритных камер высокого давления для испытания в них изделий. Затвор люка камеры содержит герметично установленную на люке камеры крышку, имеющую глубокую заходную часть и связанную с размещенным извне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492381
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.688d

Складываемая аэродинамическая поверхность

Изобретение относится к области ракетной техники и, в частности к конструкциям складываемых аэродинамических поверхностей, находящихся под воздействием сильных аэродинамических возмущений. Складываемая аэродинамическая поверхность содержит основание и шарнирно соединенную с ним поворотную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492412
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.10.2013
№216.012.740f

Контактный датчик

Изобретение относится к военной технике, в частности к средствам инициирования. Контактный датчик содержит два кольца, опорное и рабочее, установленных соосно и скрепленных между собой. На основании опорного кольца размещен кольцевой чувствительный элемент, а рабочее кольцо оснащено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495368
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.10.2013
№216.012.74a5

Двухдиапазонная микрополосковая антенна круговой поляризации

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к бортовым антеннам спутниковой навигации. Техническим результатом является создание малогабаритной микрополосковой двухдиапазонной антенны с круговой поляризацией, пригодной для работы с одиовходовым приемником. Двухдиапазонная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495518
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.11.2013
№216.012.8345

Сцинтилляционный материал на основе zno-керамики, способ его получения и сцинтиллятор

Использование: для регистрации различных видов ионизирующих излучений, в том числе альфа-частиц, в ядерной физике для контроля доз и спектрометрии указанных излучений, в космической технике, медицине, в устройствах, обеспечивающих контроль, в промышленности. Сущность изобретения заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499281
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.12.2013
№216.012.884d

Устройство фиксации сложенных аэродинамических поверхностей летательного аппарата

Изобретение относится к средствам фиксации складывающихся аэродинамических поверхностей летательного аппарата. Устройство фиксации сложенных аэродинамических поверхностей летательного аппарата содержит узел, обеспечивающий прилегание аэродинамических поверхностей к корпусу летательному...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500575
Дата охранного документа: 10.12.2013
+ добавить свой РИД