Способ стабилизации мощности излучения газового лазера Советский патент 1989 года по МПК H01S3/134 

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к газовым лазерам, и может быть использовано в приборостроении, геодезии, связи и медицине.

Известны способы, уменьшения нестабильности мощности излучения газовьгх лазеров, заключающиеся в выравнивании давления рабочих газов вдоль разрядиого участка, что приводит к подавлению колебаний плазмы активного элемента, являющихся основной причиной нестабильности выходного излучения.

Однако уменьшение нестабильности излучения обеспечивается только в ограниченном диапазоне изменения параметров лазера и окружающей среды, а реализующие эти способы конструкции акТивнь1х элементов технологически сложны в изготовлении иимеют высокую стоимость.

Известен способ стабилизадиц мощности газового лазера, заключающийся

в модуляции разрядного тока на частотах колебаний плазмы активной

О среды.

о: СА:

Однако указанный способ обеспечи |вает уменьшение нестабильности только в органичейном диапазоне измене ння параметров лазера и окружающей среды. Это связано с отстройкой час

тот колебаний плазмы относительно частоты внешнего радиогенератора при изменении параметров. Такая отстройка частот приводит к срыву режима синхронизации страт, что вызывает увеличение нестабильности и снижение мощности выходного излучения.

Цель изобретения - повышение стабильности мощности выходного излучения газового лазера.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу стабилизации мощности излучения газового лазера за счет модуляции тока разряда активного элемента на частотах колебаний плазмы, выделяют сигнал колебаний плазмы, усиливают его и модулируют им разрядный ток.

При этом сигнал колебаний плазмы усиливают в полосе частот от 100 до 500 кГц.

Кроме того сигнал колебаний плазмы выделяют из спонтанного излучения активного элемента с участка длиной 0,2-2 мм.

Использование для модуляции разрядного тока усиленного сигнала, связанного с колебаниями плазмы, приводит за счет положительной обратной связи к сужению спектра указанных колебаний и автосинхронизации страт. Частота и уровень модуляции разрядного тока устанавливаются и поддерживаются автоматически оптимальными для получения максимальной стабильности выходного излучения лазера. Изменения параметров лазера и окружающей среды не сказываются на стабильность излучения, так как автоматически учитываются вследствие коррекции/частоты и уровня модуляции разрядного тока.

Поскольку стратовые колебания

имеют частоты, лежащие в диапазоне от 100 до 500 кГц, а модуляция разрядного тока на других частотах приводит лишь к ухудшению стабильности выходного излучения, то сигнал колебаний плазмы следует усиливать только в диапазоне частот 100-500 кГц. Сигнал колебаний п газмы из спинтан- ного излучения следует выделять с участка активного элемента длиной 0,2-2 мм, что позволяет устранить влияние пространственного усреднения страт на величину выделяемого сигнала и повысить вследствие этого

стабильность выходного излучения. I

На фиг. 1 представлена схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - зависимость частоты автосинхронизации He-Zn лазера от давления гелия в активном элементе; на фиг. 3 - зависимость частоты автосинхронизации He-Zn лазера от давления паров цинка в активном элементе. Предлагаемое устройство содержит активный элемент 1, оптический резонатор, образованный зеркалами 2, источник 3 постоянного тока, модулятор 4 разрядного тока, а также фотоприемник 5 спонтанного излучения, диафрагму 6, выделяющую участок активного элемента длиной 0,2-2 мм, и усилитель 7 с полосой, лежащей в диапазоне 100-500 кГц.

Устройство работает следующим образом,

- К активному элементу 1, расположенному между зеркалами 2,. подсоединяют источник 3 постоянного тока и модулятор 4 тока. Затем фотоприемником 5 выделяют из спонтанного излучения активного элемента с участка длиной 0,2-2 мм, ограниченного диафрагмой 6, сигнал, связанный с колебаниями плазмы, усиливают этот сигнал в полосе частот усилителя 7, лежащих в диапазоне 100-500 кГц, и подают на модулятор 4 тока. Модуляция разрядного тока усиленными колебаниями плазмы приводит за счет положительной обратной связи к сужению спектра колебаний и установлению режима автосинхронизации.

Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить максимальную стабильность выходного излучения в Широком диапазоне изменения параметров активного элемента и окружающей среды. Приведенные на фиг. и 3 зависимости частоты f, автосинхронизации He-Zn лазера от наиболее сильно влиянмцих параметров, т.е. давления „,, гелия и Р, паров цинне

2n

ка, показывают, что режим синхронизации стратовых колебаний реализуется во всем диапазоне изменения указанных параметров лазера.

Предлагаемый способ стабилизации мощности выходного излучения газового лазера позволяет существенно повысить стабильность излучения различных лазеров, например, гелий-неонового, гелий-цинкового, гелий-селенового, гелий-ксенонового. Наиболее известный из этих лазеров гелий-кадмиевый лазер типа ЛГ-63 имеет нестабильность мощности выходного излучения до 20%, что в значительной мере ограничивает его применение. Использование данного способа позволяет уменьшить нестабильность излучения

указанного лазера до 0,3% и расширить область его применения.

1. СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА, за счет модуляции тока разряда активного элемента на частотах колебаний плазмы, отличающийся тем, что, с целью повьшения стабильности мощности выходного излучения, выделяют сигнал колебаний плазмы, усиливают его и модулируют им разряд ньй ток. 2.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что сигнал колебаний плазмы усиливают в полосе частот от 100 до 500 кГц. 3.Способ по п. 1, отличающий с я тем, что сигнал колебаний плазмы выделяют из спонтанного излучения с участка активного элемента длиной 0,2-2 мм.

фиг.1

fac кГц

360 S2O

ЗОО 280 фиг. 2

7

Pae,TOpft

ас

/if

310

290

270

2 фиг:

, мторр