Способ настройки co2 -лазера на выбранную линию генерации

 

Сущность изобретения: способ включает перестройку CO₂ - лазера по линиям генерации с помощью селектирующего элемента, нахождение реперной линии в газовой среде и установку селектирующего элемента в заданное относительно реперной линии положение. В течение реперной линии используют линию Р (56) полосы 00°1 - 10°0. 1 ил.

Изобретение относится к области квантовой электроники и лазерной техники и может быть использовано при создании перестраиваемых по частоте автоматизированных СО₂-лазеров для решения задач зондирования атмосферы и создания лазерных систем c оптической накачкой. Известен способ настройки СО₂-лазера на заданную линию генерации, основанный на использовании спектральных приборов спектрометра или монохроматора. Данный способ имеет ряд недостатков, поскольку спектральные приборы нуждаются в калибровке и настройке по реперному излучению с известной длиной волны, а также сложны в использовании. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному способу является способ настройки СО₂-лазера на выбранную линию генерации, в котором регистрируют спектр генерации лазера, содержащий линии колебательно-вращательных переходов, и определяют реперную линию, в качестве которой используют линию генерации, совпадающую с известной линией поглощения газовой среды, через которую пропускают часть генерируемого излучения. От найденного таким образом положения селектирующего элемента, соответствующего реперной линии, производят настройку на выбранную линию генерации поворотом селектирующего элемента на рассчитанный или заданный угол. К недостаткам этого способа следует отнести необходимость усложнения лазерной установки за счет введения в ее состав дополнительных элементов: ячейки с поглощающей газовой средой, системы регистрации поглощения, а также оптических элементов, обеспечивающих прохождение излучения через ячейку. Сложность реализации способа связана также с тем, что выбор газовых сред с сильными линиями поглощения в области длин волн дальней инфракрасной части спектра излучения СО₂-лазера достаточно ограничен. Целью изобретения является повышение точности и упрощение настройки. Поставленная цель достигается тем, что в способе настройки СО₂-лазера на выбранную линию генерации, включающем регистрацию спектра генерации лазера, определение реперной линии и установку селектирующего элемента оптического резонатора в заданное положение относительно реперной линии, регистрируют длинноволновую часть спектра генерации, содержащую эквидистантно расположенные линии колебательно-вращательных переходов, варьируя условия возбуждения рабочей среды и потери оптического резонатора до появления в спектре генерации двух линий, расположенных со спектральным интервалом между ними, кратным эквидистантному, при этом линию с большей длиной волны идентифицируют как реперную линию Р(56) полосы 00^о1-10^о0. Изобретение поясняется чертежом на котором изображено распределение расчетных коэффициентов усиления по линиям Р(40)-Р(58) полосы 00^о1-10^о0. Проведенные измерения и рассчитанные коэффициенты усиления для линий генерации Р-ветвей полос 00^о1-10^о0 и 01'1-11'0 показали, что линия Р(56) полосы 00^о1-10^о0 имеет аномальный коэффициент усиления, сравнимый с коэффициентом усиления для линии Р(48), что обусловлено фактом совпадения этой линии с линией Р(23) полосы 01'1-11'0. При этом коэффициенты усиления соседних линий Р(50), Р(52), Р(54) и Р(58) ниже. Как видно из чертежа, в длинноволновой части спектра генерации линии колебательно-вращательных переходов располагаются практически эквидистантно, поэтому процедура определения реперной линии заключается в варьировании условий возбуждения рабочей среды и потерь оптического резонатора до появления в длинноволновой части спектра генерации двух линий, расположенных со спектральным интервалом между ними, кратным эквидистантному. Из чертежа видно, что это соответствует условиям генерации лазера на одной из пар линий, в которых линией с большей длиной волны является Р(56), а линией с меньшей длиной волны одна из линий Р(48), Р(50) или Р(52), при отсутствии генерации на линиях, расположенных между указанными парами и после Р(56). Тот факт, что крайней генерирующей в длинноволновой части спектра линией оказывается при этом реперная линия Р(56) полосы 00^о1-10^о0 убыстряет процедуру определения реперной линии и облегчает ее автоматизацию. Из чертежа также следует, что невозможно получение спектрального интервала между генерирующими линиями в длинноволновой части спектра большего четырехкратного эквидистантному. Способ реализуется следующим образом. Перестройка по линиям осуществлялась в непрерывном стабилизированном СО₂-лазере с дифракционной решеткой 100 штр/мм с механическим приводом на базе шагового двигателя, обеспечивающего поворот 4 угловых секунды на шаг при угловом расстоянии между соседними линиями ≈300'' (75 шагов двигателя). Процесс настройки осуществлялся автоматически по разработанной программе и проходил следующим образом; вначале дифракционная решетка устанавливалась в начальное крайнее положение, соответствующее той длинноволновой части спектра генерации СО₂-лазера, где заведомо нет генерирующих линий, затем решетка поворачивалась в коротковолновую сторону спектра до появления генерации. Для того, чтобы крайней генерируемой линией была реперная линия Р(56), а соседние линии не генерировали, подбирались соответствующим образом потери в резонаторе, что осуществлялось варьированием тока разряда или изменением отверстия диафрагмы в резонаторе. Для используемой лазерной системы стабильный режим генерации на линии Р(56) без генерации соседних линий имел место при диаметре диафрагмы 7 мм и токе разряда 30 мА. При отсутствии генерации на линиях Р(54-50), ближайших к Р(56), в спектре регенерации СО₂-лазера появлялась пара линий, расположенных со спектральным интервалом между ними кратным эквидистантному, при этом угловое расстояние между этими линиями резко увеличивалось с 75 до 300 шагов. При кратном увеличении спектрального интервала практически исключалась ошибка в настройке на реперную линию и она легко определялась автоматически с помощью программных методов. После идентификации реперной линии по заданной программе осуществлялась настройка на любую заданную линию генерации, рассчитанная по известной дисперсии дифракционной решетки. Таким образом, апробация способа настройки СО₂-лазера на выбранную линию генерации показали его высокую точность, надежность и простоту.

Формула изобретения

СПОСОБ НАСТРОЙКИ CO₂ -ЛАЗЕРА НА ВЫБРАННУЮ ЛИНИЮ ГЕНЕРАЦИИ, включающий регистрацию спектра генерации лазера, определение реперной линии и установку селектирующего элемента в заданное положение относительно известной реперной линии, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения настройки, регистрируют длинноволновую часть спектра генерации, содержащую эквидистантно расположенные линии колебательно-вращательных переходов, варьируют условия возбуждения рабочей среды и потери оптического резонатора до появления в спектре генерации двух линий, расположенных со спектральным интервалом между ними, кратным эквидистантному, при этом линию с большей длиной волны идентифицируют как реперную линию Р(56) полосы 00⁰1 - 10⁰0 молекулы СО₂.

РИСУНКИ

Рисунок 1