Способ стабилизации действующего значения мощности лазера

,вклю- модуля ны ре- ограни оГОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ МОЩНОСТИ ЛАЗЕРА,содержащего активную среду, резонатор с управляемой оптической длинойи источник управляющих сигналовчающий модуляцию оптической дли Предлагаемое изобретение относит ся к квантовой электронике И может быть использовано в оптических приб рах и устройствах, в которых приме ется лазер в качестве источника излу чения со стабильным во времени действующим значением выходной мощности, например в лазерных анализаторах газов при непрерывном контроле загрязнения воздухафпо резонансному поглощению лазерного излучения, В большинстве непрерывно действующих .лазер ных приборов электронная регистрирующая схема определяет действующее значение мощности лазера, представляющее собой результат усреднения. мгновенных флуктуаций его мощности , за время, равное постоянной времени схемы 9. Обычно1-10 с. Для таких приборов важна стабильность эонатора, о т л и ч а ю щ и й ся 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 м, и со, заключенными в интервале 1010 Гц, и амплитудами А, = (а+к)Л/4 и А =(а+1)Л/4, где Л - длина волны излучения лазера; К=1,2 п - целые числа; а, и а - константы, принимающие значения от -0,5 до +0,5, завиящие от вида периодических законовции, а разность частот (а,и ачена условием / и, - и, /) 10 Гц, Е 2не мгновенного значения мощности ла зера Р в каждый момент времени С, а действующего значения мощности лазера Р 1, представляющего собой резуль- . тат усреднения величины Р за времяР - ар(С)йЕ.Известны способы стабилизации па- (Л раметров излучения лазера, в том чис- ф ле стабилизации действующего значе ния 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 вследствиез 85 ббольшого числа оптических и электрических компонентов, необходимых дляреализации указанных способов.Целью изобретения является устранение указанного недостатка, В соответствии с этим для стабилизации действующего значения мощности лазера,содержащего активную среду, резонатор с управляемой оптической длинойи источник управляющих сигналов,включающий модуляцию оптической длины резонатора, модуляцию оптическойдлины резонатора осуществляют посложнопериодическому закону, состоящему из двух периодических, характеризующихся частотами ь, и м, заключенными в интервале 1010 Гци амплитудами А, =(а+К)Л/4 и А=(а +1)Л/4, где Л - длина волныизлучения лазера; К = 1,2 п - целые числа; а, и а- константы,принимающие значения от -0,5 до +0,5,значение которых зависит от вида периодических законов модуляции, а разность частот ии ы ограничена условиемм- со(1 10 Гц,На фиг, 1 изображена .схема предлагаемого устройства, в котором реализован описываемый способ; на фиг.2 -кривая зависимости (Р " - Р)//Р " от 4 А,/ Л для гелий-неоновоголазера.На фиг. 1 изображена схема лазера,в котором может быть реализован предложенный способ. Лазер содержит активную среду 1, зеркала 2, держательзеркал 3, вибратор 4, на котором закреплено одно из зеркал лазера, источники переменного напряжения частот и, и ы 5 и б и резонансные фильтр частот ы, и ю7 и 8. В качестве вибратора могут быть использованы, например пьезокерамические элементы. Кроме этого оптическую длинурезонатора можно модулировать и спомощью внутрирезонаторных электрооптических элементов.Работа лазера происходит следующим образом, Одновременно с включениЬМ лазера, то, есть с возбуждениемего активной среды, на вибратор 4подаются управляющие напряжения У,и У от источников 5 и 6 и за счетколебаний установленного на вибраторе зеркала осуществляется модуляциядлины Ь. При этом зависимость Ь от йпринимает видЬ = Ь, + Ь И) + Ь,(Е),3554где Ь- медленно меняющаяся поо,сравнению счасть, которая описывает изменение Ь в результате тепловых воздействий на резонатор,Ь,(С) + 5+ Ь - быстроосциллирующая посравнению с . часть Ь, связанная сработой модулятора. При включениимодулятора величина Ь осциллируетоколо среднего значения Ь по сложнопериодическому закону с частотами и,и 6, Вследствие периодической зависимости Р от Ь мгновенное значениемощности лазера Р также осциллируетво времени в диапазоне значений(Р м Р ) . Так каклто регистрирующий мощность лазераприбор не отрабатывает этих осцилляций, а вместо этого даст значение 20 действующего значения мощности - Р 4которое меньше Р ", но больше Р ,и в силу этого при изменении Ь вели. чина Р модулируемого лазера меняется в диапазоне (Р, Р) меньшем, 25 чем диапазон (Р , Р ) изменениявеличины Р, Поскольку величина Р одновременно является и мгновенным идействующим значением мощности немодулируемого лазера, то временная Зо стабильность Р модулируемого лазеравьппе, чем у немодулируемого.На фиг. 2 представлены теоретическая кривая и экспериментальные точки,для зависимости величины диапазонаизменения Р - (Р- Р ) для 35гелий-неонового лазера с Л = 3,39 мкмпри Ь, = А яп мс и ЬЬ= О, Приэтих значениях А = (К,21) 0,25 Л,где К = 1,2, величина этой разнос ти обращается в нуль. Это означает,что при таких значениях А,.Рнезависит от Ь , т.е, достигаетсяидеальная стабильность значения Рпри тепловых воздействиях на резойа тор. Именно эти значения А, следуетиспользовать для стабилизации значения Р при синусоидальном законе модуляции Ь Для других законов, модуляции следует брать значения А, =(а+К) 0,25 Л, причем в зависимостиот вида закона .модуляция аможет меняться от -0,5 до +0,5, например дляпилообразного закона модуляции Ь.величина а, = О. Однако на практикеможет изменяться Во времени сама амплитуда А , например в результатеизменения амплитуды напряжения Б.При отклонении А, от значения (а+355 6Изобретение реализовано на гелийнеоновом лазере с Л = 3,39 мкм. Модуляция Ь осуществлялась по закону Ь, = 0,45 Л зп м, , Ь 2 = 0,20 Л здпы;5при а,= 300 Гц, о 2= 612 Гц и1 с. 5 856от Ь. Избежать последнего можно, йайожив на Ь дополнительную модуляциюЬ с частотой м 2 и амплитудой А 2 =(а 2+1). 0,253, где а 2 - константа,зависящая от вида второго закона модуляции и принимающая значения от-0,5 до +0,5. Между частотами ш, иы должно быт достаточное различие, При включении обеих модуляций Ь,чтобы выполнялось условие /ы,-ю ("10 и Ь 2 временные флуктуаци р2е кт а и в 10 азВ противном случае возникают медлен- меньше, чем для немодулируемого лазеные пульсации Р с частотой /ш,-м /, . Ракоторые не усредняются регистрирующим прибором. Для исключения проник- Таким образом обеспечивается повиновения сигнала ы в источник 6 и 1 шение стабильности действующего зна 1 5сигнала со в источник 5 предусмотре- чения,мощности лазера без примененияны узкополосные фильтры частот ы, и сложной и дорогои системы автоподи 7 и 8. стройки.856355 Составитель В. Сас ТехРед И. Ходанич Корректор И.Иуск Сильнягин Ред КНТ СССР нт",ул. Гагарина,10. Ужгоро Заказ 755 Тираж 61 ВНИИПИ Государственного комитета113035, Москва, Ж изэОДственно издфтельскии коибина Подписиизобретениям и открытиям пр