SU856355A1 - Способ стабилизации действующего значени мощности лазера - Google Patents

Abstract

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ МОЩНОСТИ ЛАЗЕРА, содержащего активную среду, резонатор с управл емой оптической длиной и источник управл ющих сигналов,включающий модул цию оптической длины ре1 Предлагаемое изобретение относитс  к квантовой электронике rt может быть использовано в оптических приборах и устройствах, в которыхпримен етс  лазер в качестве источника излучени  со стабильным во времени действующим значением выходной мощности, например в лазерных анализаторах газов при непрерывном контроле загр знени  воздуха по резонансному поглощению лазерного излучени . В большинстве непрерывно действующих лазерных приборов электронна  регистрирующа  схема определ ет действукицее значение мощности лазера, представл ющее собой результат усреднени  мгновенных флуктуации его мощности за врем , равное посто нной времени схемы Ф. Обычно i 1-10 с. Дл  таких приборов важна стабильность зонатора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности стабилизации в услови х внешних воздействий на резонатор, модул цию оптической длины резонатора осущест- вл ют по сложнопериодическому закону, состо щему из двух периодических, характеризующихс  частотами ы, и wj, заключенными в интервале 10.., и амплитудами А ,, (а+к) и А ()Л/4, где Л - длина волны излучени  лазера; ,2.,.п - целые числа; а и а - константы, принимающие значени  от -0,5 до +0,5, завис щие от вида периодических законов модул ции, а разность частот W, и оо ограничена условием / w, -(),/ 10 Гц. О) с не мгновенного значени  мощности лазера Р в каждый момент времени t, а 00 Сл О) действующего значени  мощности лазера Р, представл ющего собой результат усреднени  величины Р за врем  00 СЛ СП -С : р о- J p(t)dt. Известны способы стабилизации параметров излучени  лазера, в том числе стабилизации действующего значени  мощности излучени . Наиболее близкое техническое решение -предполагает стабилизацию частоты , мгновенного и действующего значени  мощности излучени  лазера. Эти способы предполагают модул цию оптической длины резонатора по величине сигнала обратной св зи. Известные способы имеют низкую надежность стабилизации в услови х высших воздействий на резонатор вследствие

Description

большого числа оптических и электрических компонентов, необходимых дл  реализации указанных способов. Целью изобретени   вл етс  устранение указанного недостатка. В соответствии с этим дл  стабилизации дей ствующего значени  мощности лазера, содержащего активную среду, резонатор с управл емой оптической длиной и источник управл ющих сигналов, включающий модул цию оптической дли™ ны резонатора, модул цию оптической длины резонатора осуществл ют по сложнопериодическому закону, состо щему из двух периодических, характеризующихс  частотами сь, и ( , заключенными в интервале 10..,10 Гц и амплитудами А, ()А/4 и А - (а +1)/4, где Д - длина волны излучени  лазера; К 1,2,..п - целые числа; а на, - константы, принимающие значени  от -0,5 до +0, значение которых зависит от вида пе риодических законов модул ции, а ра ность частот w, и (Ji ограничена условием / о; 1 - coi 10 Гц, На фиг. 1 изображена .схема предлагаемого устройства, в котором реализован описьгоаемый способ; на фиг. 2 крива  зависимости (Р - Р)/ /Р от 4А У дл  гелий-неоновог лазера. На фиг. 1 изображена схема лазера в котором может быть реализован пред ложенный способ. Лазер содер шт активную среду 1, зеркала 2, держатель зеркал 3, вибратор 4, на котором закреплено одно из зеркал лазера, исТ5 )чнйки переменного напр жени  частот cj, и tOi 5 и 6 и резонансные филь тры частот си|И . В качестве вибратора могут быть использованы , например пьезокерамические элементы . Кроме этого оптическую длину резонатора можно модулировать и с помощью внутрирезонаторных электрооптических элементов. Работа лазера происходит следующим образом. Одновременно с вкпюче- нйЬм лазера, то, есть с возбуждением его активной среды, на вибратор 4 подаютс  управл ющие напр жени  U, и Ui. от источников 5 и 6 и за счет колебаний установленного на вибраторе зеркала осуществл етс  модул ци  длины L. При этом зависимость L от t принимает вид L(t) (t) + L/t) + L,,(t), Lp(t) - медленно мен юща с  по сравнению с t; часть, котора  описывает изменение L в результате тепловых воздействий на резонатор ,L , (t) L(t) - быстроосциллирующа  по сравнению с t часть L, св занна  с работой модул тора. При включении модул тора величина L осциллирует около среднего значени  Lp по сложнопериодическому закону с частотами ы, и (jj о Вследствие периодической зависимости Р от L мгновенное значение мощности лазера Р также осциллирует во времени в диапазоне значений ( рм„кс Р ). Так как о;,, со, ,1J-, то регистрирующий мощность лазера прибор не отрабатывает этих осцилл ции , а вместо этого даст значение действующего значени  мощности - Pij,, которое меньше Р но больше Р и в силу этого при изменении LO величина Ра модулируемого лазера мен ет/р „ мин с  В диапазоне (.Р , Р ) меньщем, чём диапазон (Р , р ) изменени  величины Р. Поскольку величина Р одновременно  вл етс  и мгновенным и действзтощим значением мощности немодулируемого лазера, то временна  стабильность Р, модулируемого лазера выше, чем у немодулируемого. На фиг. 2 представленыТеоретическа  крива  и экспериментальные точки , дл  зависимости величины диапазона - (Р. изменени  Р( ( / ДЛЯ гелий-неонового лазера с А 3,39 мкм при L, А sin ш, t и L-i 0. При этих значени х А1 (К-0,21) 0,25/, где К 1,2,... величина этой разности обращаетс  в нуль. Это означает, что при таких значени х А , Ро не зависит от LJ, , т.е. достигаетс  идеальна  стабильность значени  PQ при тепловых воздействи х на резонатор . Именно эти значени  А, следует использовать дл  стабилизации значени  Р при синусоидальном законе модул ции L, . Дл  другихзаконов, модул ции следует брать значени  А , (ai+K)0,25Л, причем в зависимости от вида закона модул ци  а может мен тьс  от -0,5 до +0,5, например дл  пилообразного закона модул ции L. величина а, 0. Однако на практике может измен тьс  во времени сама амплитуда А,, например в результате изменени  амплитуды напр жени  U. При отклонении А, от значени  ( +К) 0,,25Д возникает зависимость Р ,j 5856 от LQ. Избежать последнего можно, kaпожив на L дополнительную модул цию LI с частотой cJj и амплитудой Aj (а-1+1). 0,25Л, где константа, завис ща  от вида второго закона модул ции и принимающа  значени  от -0,5 до О,5. Мезкду частотами и, и td- должно быг1) достаточное различие, чтЬбы выполн лось условие / w,-со, f,-2 В противном случае возникают медленные пульсации PU с частотой /ы,. которые не усредн ютс  регистрирующим прибором. Дл  исключени  проникновени  сигнала ьи, в источник 6 и сигнала uj в источник 5 предусмотрены узкополосные фильтры частот w, и Wj 7 и 8. . 6 Изобретение реализовано на гелийнеоновой лазере с /) 3,39 мкм. Модул ци  L осзтцествл лась по,закону L, 0, sin о;, t, L 0,20Я sinco t; 612 Гц и при W, 300 Гц, и) 1 с. При включении обеих модул ций L, „ « временные флуктуации в 10 раз меньше, чем дл  немодулируемого лаЗеР Таким образом обеспечиваетс  повышение стабильности действующего значени , мощности лазера без применени  сложной и дорогой системы автоподстройки .

(flf )

Аф

Claims (1)

1. СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ МОЩНОСТИ ЛАЗЕРА, содержащего активную среду, резонатор с управляемой оптической длиной и источник управляющих сигналов,включающий модуляцию оптической длины ре зонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности стабилизации в условиях внешних воздействий на резонатор, модуляцию оптической длины резонатора осущест- i вляют по сложнопериодическому закону, состоящему из двух периодических, характеризующихся частотами ω, и заключенными в интервале 10^{1 *}..,10^эГц, и амплитудами А ,. = (а+к)А/4 и А^ = = (а_г+1)Д/4, где А - длина волны излучения лазера; К=1,2...п - целые числа; а₁ и а_а - константы, принимающие значения от -0,5 до +0,5, зависящие от вида периодических законов модуляции, а разность частот ω, и _с ограничена условием / ω, -ш^/^ЮГц. S