Способ стабилизации действующего значения мощности лазера Советский патент 1989 года по МПК H01S3/11 H01S3/121 

большого числа оптических и электрических компонентов, необходимых для реализации указанных способов. Целью изобретения является устранение указанного недостатка. В соответствии с этим для стабилизации дей ствующего значения мощности лазера, содержащего активную среду, резонатор с управляемой оптической длиной и источник управляющих сигналов, включающий модуляцию оптической дли™ ны резонатора, модуляцию оптической длины резонатора осуществляют по сложнопериодическому закону, состоящему из двух периодических, характеризующихся частотами сь, и ( , заключенными в интервале 10..,10 Гц и амплитудами А, ()А/4 и А - (а +1)/4, где Д - длина волны излучения лазера; К 1,2,..п - целые числа; а на, - константы, принимающие значения от -0,5 до +0, значение которых зависит от вида пе риодических законов модуляции, 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 кривая зависимости (Р - Р)/ /Р от 4А У для гелий-неоновог лазера. На фиг. 1 изображена схема лазера в котором может быть реализован пред ложенный способ. Лазер содеряшт активную среду 1, зеркала 2, держатель зеркал 3, вибратор 4, на котором закреплено одно из зеркал лазера, исТ5)чнйки переменного напряжения 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 подаются управляющие напряжения U, и Ui. от источников 5 и 6 и за счет колебаний установленного на вибраторе зеркала осуществляется модуляция длины L. При этом зависимость L от t принимает вид L(t) (t) + L/t) + L,,(t), Lp(t) - медленно меняющаяся по сравнению с t; часть, которая описывает изменение L в результате тепловых воздействий на резонатор ,L , (t) L(t) - быстроосциллирующая по сравнению с t часть L, связанная с работой модулятора. При включении модулятора величина L осциллирует около среднего значения 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 осцилляции, а вместо этого даст значение действующего значения мощности - Pij,, которое меньше Р но больше Р и в силу этого при изменении LO величина Ра модулируемого лазера меняет/р „ мин ся В диапазоне (.Р , Р ) меньщем, чём диапазон (Р , р ) изменения величины Р. Поскольку величина Р одновременно является и мгновенным и действзтощим значением мощности немодулируемого лазера, то временная стабильность Р, модулируемого лазера выше, чем у немодулируемого. На фиг. 2 представленыТеоретическая кривая и экспериментальные точки , для зависимости величины диапазона - (Р. изменения Р( ( / ДЛЯ гелий-неонового лазера с А 3,39 мкм при L, А sin ш, t и L-i 0. При этих значениях А1 (К-0,21) 0,25/, где К 1,2,... величина этой разности обращается в нуль. Это означает, что при таких значениях А , Ро не зависит от LJ, , т.е. достигается идеальная стабильность значения PQ при тепловых воздействиях на резонатор. Именно эти значения А, следует использовать для стабилизации значения Р при синусоидальном законе модуляции L, . Для другихзаконов, модуляции следует брать значения А , (ai+K)0,25Л, причем в зависимости от вида закона модуляция а может меняться от -0,5 до +0,5, например для пилообразного закона модуляции L. величина а, 0. Однако на практике может изменяться во времени сама амплитуда А,, например в результате изменения амплитуды напряжения U. При отклонении А, от значения ( +К) 0,,25Д возникает зависимость Р ,j 5856 от LQ. Избежать последнего можно, kaпожив на L дополнительную модуляцию LI с частотой cJj и амплитудой Aj (а-1+1). 0,25Л, где константа, зависящая от вида второго закона модуляции и принимающая значения от -0,5 до О,5. Мезкду частотами и, и td- должно быг1) достаточное различие, чтЬбы выполнялось условие / w,-со, f,-2 В противном случае возникают медленные пульсации PU с частотой /ы,. которые не усредняются регистрирующим прибором. Для исключения проникновения 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. Модуляция L осзтцествлялась 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 модуляций L, „ « временные флуктуации в 10 раз меньше, чем для немодулируемого лаЗеРТаким образом обеспечивается повышение стабильности действующего значения, мощности лазера без применения сложной и дорогой системы автоподстройки .

(flf )

Аф

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ МОЩНОСТИ ЛАЗЕРА, содержащего активную среду, резонатор с управляемой оптической длиной и источник управляющих сигналов,включающий модуляцию оптической длины ре1 Предлагаемое изобретение относится к квантовой электронике rt может быть использовано в оптических приборах и устройствах, в которыхприменяется лазер в качестве источника излучения со стабильным во времени действующим значением выходной мощности, например в лазерных анализаторах газов при непрерывном контроле загрязнения воздуха по резонансному поглощению лазерного излучения. В большинстве непрерывно действующих лазерных приборов электронная регистрирующая схема определяет действукицее значение мощности лазера, представляющее собой результат усреднения мгновенных флуктуации его мощности за время, равное постоянной времени схемы Ф. Обычно i 1-10 с. Для таких приборов важна стабильность зонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности стабилизации в условиях внешних воздействий на резонатор, модуляцию оптической длины резонатора осущест- вляют по сложнопериодическому закону, состоящему из двух периодических, характеризующихся частотами ы, и wj, заключенными в интервале 10.., и амплитудами А ,, (а+к) и А ()Л/4, где Л - длина волны излучения лазера; ,2.,.п - целые числа; а и а - константы, принимающие значения от -0,5 до +0,5, зависящие от вида периодических законов модуляции, а разность частот W, и оо ограничена условием / w, -(),/ 10 Гц. О) с не мгновенного значения мощности лазера Р в каждый момент времени t, а 00 Сл О) действующего значения мощности лазера Р, представляющего собой результат усреднения величины Р за время 00 СЛ СП -С : р о- J p(t)dt. Известны способы стабилизации параметров излучения лазера, в том числе стабилизации действующего значения мощности излучения. Наиболее близкое техническое решение -предполагает стабилизацию частоты, мгновенного и действующего значения мощности излучения лазера. Эти способы предполагают модуляцию оптической длины резонатора по величине сигнала обратной связи. Известные способы имеют низкую надежность стабилизации в условиях высших воздействий на резонатор вследствие