Способ определения коэффициента энергетических потерь лазера Советский патент 1980 года по МПК H01S3/00 

54} СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ЛАЗЕРА Изобрететпю относится к области квантовой электроники, в частности, может быть использовано для определения энергети геских параметров ОКГ. Известен способ определещш коэф{1)ициента потерь лозера в пороговом режиме путем .внесения дополнительных потерь в резонатор лазера П..1. Активная среда, в которюй происходит усиление, разбита на два учас ка (разрядных промежутка), которые могут включаться как вместе, так и порозн В резонатор вводится прозрачная изотроп ная пластинка, которая служит в качеств калиброванного ослабителя света.Включая каждый из разрядных промежутков в отдель- носш или од mi из промежутков и оба промежу 1Ш вместе и добиваясь при этом срыва генерации путем поворота пластинки, находят значения коэффициентов пропускания ослабителя, при которых срьшается генер ция. Условием порога генерации является равенство единице произведения ненасыщенного усиления и пропускания (разности единицы и потерь) лазерной системы. Из двух таких равенств при известных коэффициентах пропускания ослабителя, и дл1шах разрядных промежутков находят полные потери в резонаторе. Данный способ обладает недостатками: вращение пластш ки приводит к смещению , вышедшего из нее, а в случае сферического зеркала к разъюстгфовке резонатора. Вращение Т1.г1астинки вокруг оси,, перпендикулярной оси резонатора, приводит к изменению ДЛИНЫ пути луча в пласт1шке, а, следовательно, и к изменению поглощения, которое следует учгггывать. Кроме того, при этом может возникнуть j-штерференция света, отраже1шого от разных поверхностей пластинки, что сильно усложняет расчет потерь. Итак, внесение в резонатор плоскопаралельной пластхшки приводит к разъюстировке резонатора, из.eнeнию условий генерации, к завис тк.юсти отфеделяемых потерь лазера от вносимых потерь. Наиболее близким по техн1гческой сущности является способ определения коэффициента энергетических потерь ОКГ в режиме генерации, основанный на измеренки выходных характеристик лазерного излучения в зависимости от параме тров лазера . Одншсо известный способ обладает недостатками, а именно: внесение в резонатор плоскопараллельной пластш-гки приводит к разъюстировке ре.зонатора, изменению условий генерации и к зависимости определяемых потерь лазера от вносимых потерь. Целью настоящего изобретения являет повышение точности определения коэффициента потерь., Поставлешгая цель достигается-тем, что на активную среду лазера накладывают гфодольное магнитное яоле, опре деляют зависимость угла поворота плоскости поляризации- излучения, генерируемого на центральной частоте контура ус ления, от напряженности продольно:го ма нитного поля, накладываемого на активную среду, и с помощью соотношения W lll2I IV Где К ПОТ коэффициент потерь; Б (Hi ---({) уикция напряженности магнит ного поля: (,р - тол поворота плоскости поля ризации в активной среде; Г - полутизфина KOHTyjia усиления, находят коэффициент потерь. На чертеже представлена схема, с помощью которой определяют коэффициент потерь предлагаемым способом. На пай изображены зеркала рез знатор ОКГ IKS, активная среда ОКГ 3, помещенная в полость соленоида 4, создаю щего продольное магнитное поле; поляри тор 5, фарадеевский вращатель плоскос ти поляризации 6 с источником пш:ания фотоприемник 8, усилитель 9, синхродет тор 1О, измеритель сигнала 11. Способ осуществляют следующим образом. На активную среду 3 одночастотного лазера,- который работает на центральной частоте контура усиления и резонатор которого обладает известной л:инейной амплитудной анизотропией , наклады вают продольное магнитное поле с помо шью соленоида 4 и измеряют зависимос угла поворота cL плоскости поляр:нзаци :гзнерируемого1 излучения от напряженности магнитного поля. Измеряемые значеиия yi .,л поворота (X,не совпадают с истинными значениями углов поворота Ц в активной среде лазера за один проход. С помощью матриц Джонса рассчитывают для данной вачичиы линейной амплитудной анизотропии ависимость сС - oi ( Ч) . .По измеенным значениям cL определяют заисимость Ч Ч ( И) . Для лоренцовкого контура усиления в случае простоо эффетста Зеемана угол поворота плоскоти поляризации в активной среде на центральной частоте контура усиления меет вид w- )Lr AR 2 где Ч - длина активной среды; ЛН - зеемановское расщепление; f - полуширина доренцевского контура; X,(ijQjn,)- коэффициент усиления (с учетом насыщения) на центральных частотах Г - компонент. Коэффициент усиления К ( Л , ) находим из условия, что на частоте генерации 0 усиление равно потерям, Для линейно поляризованного излучения получаем:Kiv Подстановка выражения (2) в { 1) дает: пот пот где О - фактор Ленде; Н - напряженность мапштного поля; fj о - магнетон Бэра. В случае сложного эффекта Зеемана и Л) Do вместо (3) получаем: К, В(Н), Ai (,А, Л. . KlVor у .. V ГЧ отношение коэффициента усиления на центральных частотах i -той пары t компонент к коэффициенту усиления первой пары Г - компонент, - рас5стошгие от центральных частот 1 -той пары h - компонент до центральтюй частоты нерасщепленного контура углтения. Из соотношений (З) или (4) по изме реушьш значениям Ч и И находят коэф фициент потерь. Пример , Измерение коэффициента потерь предложенньш способом выпол нено на Не- Ne лазере с длиной волны 3,39 мкм. Напряженность магшгтного по ля, накладываемого на активную . среду лазера, изменяется в пределах О - 21 Э Поляризация излучения при этом была линейной. В ячейке Фарадея в качестве магнитооптического элемента использова ли гранатовузо пластину. Лазерная трубк имела окошки под углом Брюстера, что обуславливало линейную амплитудьхую ани зотропию известной величины. В полном соответствии с формулой {4) получен коэффициент потерь, равный 0,78. Измеренная зависимость Ч от В ( Н ) была ли нейной . Способ позволяет увеличить точность определения коэффиниента потерь. Относительная погрешность единичного измерения предложенного способа составляет 8%, в то время как прототип позволяет производить измерение с относительной погрешностью 18%, причем значение ошибки прототипа не включает в себя ошибку, связанную с разъюстировкой резонатора и изменениями условий генерации вследствие внесения в резонатор лазера дополнительных потерь. Ошибку измерения коэффициента потерь предложенным способом можно существенно уменьшить путем применения более совершенных измерителей уг-лов 2, 6 поворота плоскости пол5физаш1и, в то вре ошибка прототипа, обусловленная Бнесен 1ем дополннтольпых потерь; в резонатор лазера, является системат1гчес-кой. Ф о р м у л р, к 3 о б р ore н и я Способ опредетюния коэфс йциента энерreTiniscKHX потерь лазера, осиогзапиый на измерении выходных характеристтс лааернего излучения в зависимости от парамei ров лазера, о т л и ч а ю in и и с я тем. что, с целью повышения точности, на активную среду лазера накладывают продольное магнитное поло, определяют зпвнсимость угпа поворота плоскости поляризации нзлучекил, генер1фуемого на центральной частоте i-ioHTypa усплсзиш, от апря;кешюсти ;iaruuT ioro гголя, :; находят коэффицлент потерь с подюшью сооттюшеНИЯ пот V- -рВСнХ де К - коэфф1 штепт потерь; В(Н)- нощэя ;;епносТи мапгптного поля; Ц - утоп поворота плоскости поляризации в ак пвпой среде; 1 - полуш11р11на контура усиления. Источники 1П14юрмац1П;, принятые во внимание при зкспертнзе 1.TpoiiuKirii Ю. В. Об одиол-; х-гетоде змерения потерь в оптшюском резогатее, - Радиотехника и электроника, 1965, 1О,5, с. 954. 2.Ek)йтoвIш А. П. it Кацег И. Л. ависимости мощности reiropamu от 1 елиш1ы потерь гз газовом лазере,-ЖПС 1965, 3 X; 1 (прототип).

liM