Способ определения коэффициента энергетических потерь лазера

 

Союз Советских

Социапистическик

Республик

<»»744802 (6l ) Доиолнитель»ое к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.01.78 (21) 2568726/18-25 (51 } M. Кл.

Н 01 5 3/00 с присоединением заявки Р".

Гоев а р стеанный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.06.80. Бюллетень № 24 (5З} Д (621.375..8 (088.8 ) Дата опубликования описания 03.07.80 (72) Авторы изобретения

А. П, Войтович, В. С. Калинов и В. M. Метельский

Ордена Трудового Красного Знамени Инстптут физики

АН Белорусской ССР (7!) Заяви ель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭЬьИЦИЕНТА

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ЛАЗЕРА

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности, может быть использовано для определения энергетическихих п ара метров ОКТ. Известен способ определения коэффициента потерь лазера в пороговом режиме путем .внесе5 ннл дополнительных потерь в резонатор лазера (1j. Активная среда, в которой происходит усиление, разбита на два участка (разрядных промежутка), которые моIO гут включаться как вместе, так и порознь.

D резонатор вводится прозрачная изотроппая пластинка, которая. служит в качестве калиброванного ослабителя света. Включая каждый из разрядных промежутков в отдель15 нос гп нли одтпт из промежутков и оба промежут ка вместе и добиваясь при этом срыва генерации путем поворота пластинки, находят значения коэффициентов пропускания ослабителл, при которых срывается генера-2о ция. Условием порога генерации является равенство единице произведения ненасыщенного усиления и пропускания (разности единицы и потерь) лазерной системы. Из двух таких равенств при известных коэффнциентах пропускания ослабителя. и длинах разрядных промежутков находят полные потери в резонаторе. Данный способ обладает недостатками: вращение пласт1пц<и приводит к смещению луча, вышедшего из нее, а в случае сферического зеркала— к разъюстировке резонатора. Вращение пластинки вокруг оси,, перпендикулярной оси резонатора, приводит к изменению длины пути луча в пластинке, а, следовательно, и к изменению поглощения, которое следует учитывать. Кроме того, при этом может возникнуть интерференция света, отраженного от разных поверхностей пластинки, что сильно усложняет расчет по жрь. Итак, внесение в резонатор плоскопаралельной пластинки приводит к разъюстировке резонатора, изменению условий генерации, к зависимости определлемых потерь лазера от вносимых потерь.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения коэф744802 (or)ET Ь l4

2 r2+ag.

25 пот = — B(Н), з фициента энергетических потерь ОКГ в режиме генерации, основанный на измерении выходных характеристик лазерного излучения в зависимости от параметров лазера (2).

Однако известный способ обладает недостатками, а именно: внесение в резонатор плоскопараллельной пластинки приводит к разыостировке резонатора, изменению условий генерации и к зависимости определяемых потерь лазера от вносимых потерь.

Целью настоящего изобретения является повышение точности определения коэффициента потерь.

Поставленная цель достигается тем, что на активную среду лазера накладывают продольное магнитное ноле, определяют зависимость угла поворота плоскости поляризации излучения, генерируемого на центральной частоте контура усиления, от напряженности продольного магнитного поля, накладываемого на активную среду, и с помощью соотношения где пдт — коэффициснт потерь;

Ь(И) -функция напряженности магнитног о поля: — угол поворота плоскости поля-ризации в активной среде;

à — полуширина контура усиления, 35 находят коэффициент потерь.

На чертеже представлена схема., с помощью которой определяют коэффициент потерь предлагаемым способом.

На нэй изображены зеркала резонатора

gp

ОКГ 1 и 2, активная среда ОКГ 3, помещенная в полость соленоида 4, создающего продольное магнитное поле; поляризатор 5, фарадеевский вращатель плоскости поляризации о с источником питания 7, фотоприемник 8, усилитель 9, синхродетек. тор 1О, измеритель сигнала 11.

Способ осуществляют следующим образом.

На активную среду 3 одночастотного

5О лазера, который работает на центральной частоте контура усиления и резонатор которого обладает известной линейной амплитудной анизотропией, накладывают продольное магнитное поле с помощью соленоида 4 и измеряют зависимость угла поворота о(, плоскости поляризации

:генерируемого излучения от напряженности магнитного поля.

Измеряемые значения у .а поворотами не совпадают с истинными значениями углов поворота ф в активной среде лазера за один проход. С помощью матриц

Джонса рассчитывают для данной величины линейной амплитудной анпзотропии зависимость d = с (М ) ° . По измеренным значениям о(. определяют зависимость (= Ч (H) . Для лоренцовского контура усиления в случае простого эффекта Зеемана угол поворота плоскости поляризации в активной среде на центральной частоте контура усиления имеет вид где — длина активной среды; — зеемановское расщепление; — полуширина доренцевского контура; (Я - коэффициент усиления (с уче— том насыщения) на центральных частотах Р— компонент.

Коэффициент усиления К (М с, г ) находим из условия, что на частоте генерации < усиление равно потерям, Для линейно поляризованного излучения получаем:

Г - г2- ИОт

)е (2) Подстановка выражения (2) в (1) дает:

К ROT

К пот 1- а,, чан = д, 1 (м) и 2 Т о ь где g — фактор Ланде;

Н вЂ” напряженность магнитного поля; ф c — магнетон Бора.

В случае сложного эффекта Зеемана и

З = Ор вместо (3) получаем: пот и= в(н), 1 1и

Г2 2, где B(H)- " ", д.—

Е

Г-2 2. .(Ч отношение коэффициента усиления на центральных частотах (-той пары компонент к коэффициенту усиления первой пары V — компонент, Л „. — рас744802 стояние от центральных частот 1 -той пары — Компонент до центральной частоты нерасшепленного контура y<.иле— ния.

Из соотношений (3) или (4) по измере1П7ым значениям Ч и Н находят коэффициент потерь.

Пример . Измерение коэффициента потерь предложенным спосббом выполнено на He- Ne лазере с длиной волны

3,39 мкм. Напряженность магнитного поля, накладываемого на активную . среду лазера, изменяется в пределах U — 21 З.

Поляризация излучения при этом была линейной. В ячейке Фарадея в качестве магнитооптического элемента использовали Гранатову!о пластину. Лазерная трубка имела окошки под углом Брюстера, что обуславливало линейную амплитудную анизотропию известной величины. В полном соответствии с формулой (4) получен коэффициент потерь, равный О,78. Изме- ренная зависимость Ч от 3 (Н ) была линейной.

Способ позволяет увеличить точность определения коэффициента 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 вкл10чает 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 сушественно уменьшить путем применения более совершенных измерителей углов

HoBopoTQ плоскости поляризац1ш, в ТО Bpp.—

1,!я 7!аК Оцгцбяа IIBOT07 IIHQ Обус —,ОВЛОццая виесенпем доно!и!Птельц!.!х потер!. в pe3oHQTop л!7зера яв! HpTcB cIIcTONIQTIEIoc5 КОИ»

Ф 0 р м у л а H з 0 б р р т е ц 1! я

Способ Опреде!!ения коэффициента энер-. гетически> потерт. лазера, Основанный на измерении т !ход!!1,!х характерцстцк л!7зер-! 0 НОГО излуче1!11я B зависц! !Остп 07 пара!,!етровлазера,отлпч аloIHцйс ятем, что, с целью повьпцецця точности, ца ак— тивчу70 среду лазера наклады!7ак т продольное магнитное поле, опреде.!я!О! за11цсц-v0cTb угла 170BopoTQ и. !Оскостц п011ярцзагпlп ИЗЛ! IC".IÈ!I. ГРHPPI Р" 0" !ОГО На liCil Г!7аРЬHoli -«ас го ! 1 01- т р;1;сц;!Оццп, 0 г JIQ17ðiI—

;jiе1п10стII; 17!! 1и!т!IОГО пс!11!. 1; накопят коэ, !фиццецт :Отерь с п01;!с ш1.10 соот!гоше20 нця

Гдс 1:, — 1!ОэфД !и!понт потерь;

Я(К вЂ” !!в7!Кцпя нлггдя;:.!е. 10cTII х!!!Гпцт1ЮГО ПОЛЯ; !!: -- !то."! поворота !О!Оскостц поляРнзаЦ1П! B ПК-Пвпой СРОДЕ;

à — пол., ширина контура усиления.

Источники ццфор !!1Ппц-, принятые в0 внимание ifp экс-.:1-ертиза

1. Троп!1!1 .!й 1О. В. Об Одно; цетоде

ИЗМЕ!7ЕНИ!! ПО ГОРЬ В ОПТ!В!ССКО. POBOHQTO— ре, -"! адиотехника ц элеl;трОН!!к!1, 1 96 3, 1О,5, с, 954.

2. Войтович 1. П. ц !1!!Ов И. Л, Зависимость .;оопп!Ости I с!!Ор 7tiilll OT 1 е!!ц I I7iI !70терь в Га Ово! JiQBOð0 1!1ПС

1965, 3: . 1 (прототип) .

Рецактор Н, а@лада

" к я 36 7 9 Гир а"

ЦНИИПИ 1 ocóäàpñòâûïèë с ..юмиi от::., ССХ Р до дBAQlvt IBobp -.! сад!1 ;-;.! кр!!-.! (.!! !!

113035, Москва, Ж--35, Рауп.скал таз:. "..I -з

Филиал ППП "П атон-", Г:. У1кв=!род у :.. П!Рс!8.!:."! 1!а6,