Кисельов В. К., Радіонов В. П. ІРЕ ім. А. Я. Усикова НАН України вул. Акад. Проскури, 12, Харків-61085, Україна Тел.: 38 (0572) 744-83-35, e-mail: kiseliov@ire.kharkov.ua

Анотація – Описано простий метод вимірювання ширини смуги випромінювання активної речовини газорозрядних субміліметрових лазерів, для яких є можливість налаштування на конкретну лінію випромінювання (HCN, DCN, Н20 – лазери, і т.п.). Вимірювання проводяться за допомогою мікрометричного механізму переміщення дзеркала лазерного резонатора. Даний метод не потребує складних вимірювальних процедур і володіє достатньою точністю.

I. Вступ

Ширина смуги випромінювання активної речовини, поряд з частотою, потужністю та стабільністю, є одним з основних параметрів лазера. Цей параметр задає діапазон перебудови лазера і його необхідно враховувати при створенні лазерних приладів. На ширину смуги випромінювання активної речовини субміліметрових лазерів впливають багато параметрів, що змінюються в процесі роботи лазера, такі як температура і тиск активної речовини, розрядний струм, швидкість прокачування і склад робочої суміші. Всі ці параметри позначаються також на потужності і ККД лазера. Можливо, що деякі з них впливають на потужність і ККД лазера побічно – через зміну ширини смуги випромінювання активної речовини. При вивченні фізичних процесів, що відбуваються в субміліметрових лазерах виникає інтерес контролювати ширину смуги випромінювання в процесі роботи лазера. Для цієї мети можна скористатися простим резонансним методом контролю ширини смуги випромінювання активної речовини, який можна застосовувати в субміліметрових лазерах з накачуванням стабілізованою постійним струмом.

II. Основна частина

Особливістю субміліметрових лазерів є те, що для їхньої роботи потрібно проводити настройку резонатора на одну з поздовжніх мод шляхом зміни відстані між дзеркалами. Для цього, найбільш часто, одне з дзеркал, крім котирувального пристрої, забезпечується також пристроєм для осьового переміщення без порушення юстирування. Як правило, в якості основного елемента такого пристрою використовується мікрометричний гвинт, забезпечений шкалою для відліку переміщення в мікрометрах. Пристрій дозволяє використовувати резонатор лазера також як Хвилеміри. З його допомогою можна проводити ідентифікацію різних ліній випромінювання активної речовини, поздовжніх і поперечних мод резонатора.

На рис.1 приведена залежність потужності лазерного випромінювання від переміщення рухомого дзеркала плоскопаралельного резонатора. Залежність наведена для DCN лазера з довжиною резонатора 1,2 м. Рухоме дзеркало плавно переміщувалося за допомогою електродвигуна з безлюфтовим редуктором, а свідчення від приймача випромінювання подавалися на самописні пристрій. На стрічці самописця видно два потужних піку випромінювання, відповідних настройці лазера на дві основні моди ліній випромінювання з довжинами хвиль 190 і 195мкм. Піки меншої потужності відповідають вищим модам. Піки повторюються при переміщенні дзеркала на відстань рівне половині довжини хвилі (95 і 97,5 мкм відповідно). Пристрій переміщення дзеркала дає можливість отримувати більше десяти повторень кожного піку випромінювання. Це дозволяє з достатньою точністю проводити ідентифікацію ліній.

Рис. 1. Залежність потужності лазерного випромінювання від переміщення рухомого дзеркала резонатора.

Fig. 1. Relation of laser radiation power vs. a mobile mirror of the resonator movement

Ширина піку потужності на стрічці самопишущего пристрою пропорційна ширині смуги випромінювання активної речовини і довжині резонатора. Розглянемо лазерний резонатор, відстань між загартували якого становить п півхвиль і змінюється шляхом переміщення одного з дзеркал (рис.2). У реальних резонаторах субміліметрових лазерів відстань між дзеркалами в кілька тисяч разів перевищує довжину хвилі.

За відносним рівнем потужності на рівні 0,5 від максимального переміщення дзеркала становить 13мкм, що відповідає ширині смуги приблизно 9

Мгц. Ці значення узгоджуються зі значеннями отриманими за допомогою метрологічного обладнання в роботах [1, 2].

де АХ – діапазон довжин хвиль, в якому спостерігається генерація (ширина спектру випромінювання активного середовища) Оскільки число півхвиль п, вкладається між дзеркалами, так само 2LA0, Формула (1) набуває вигляду:

III. Висновок

Для переходу до частотного вимірюванню ширини спектра можна використовувати рівність відносної зміни частоти і довжини хвилі. Формула (3) в такому випадку набуває вигляду

Звідси отримуємо ширину спектра випромінювання активного середовища:

Даним методом зручно користуватися для експрес вимірювань ширини смуги випромінювання активного середовища при різних режимах роботи субміліметрового лазера. При цьому для проведення вимірювань не потрібна ніяка додаткова апаратура і не потрібно здійснювати складні вимірювальні процедури. Значення ширини смуги випромінювання активного середовища, отримані при експериментальній перевірці описаного методу, узгоджуються з вимірами, проведеними раніше іншими відомими методами.

IV. Список літератури

1. В. В. Шмідт, С. Ф. Дюбко, В. А. Свіч, А. Н. Грузьке,

Р. А. Валітов. Вимірювання частоти газового лазера з довжиною хвилі 0,337 і 0,311 мм. / / Радіотехніка й електроніка, 14 № 9 1969 р., с.1708 – 1709.

2. В. А. Бондарев, Р. А. Валітов, М. Е. Жаботинський,

А. Я. Лейкін, Н. С. Соловйов, Б. В. Тєлєгін. Вимірювання частоти ОКГ на HCN. Виміряє, техніка, № 11,1970 р. с. 5-8.

RESONANT METHOD OF THE EXPRESS ESTIMATION OF BANDWIDTH OF ACTIVE SUBSTANCE IN THE SUBMILLIMETER LASER

Kiseliov V. K., RadionovV. P.

IRE NAS of Ukraine 12, Ac. Proskura St., Kharkov, 61085, Ukraine Tel: 38(0572) 7448-335 E-mail: kiseliov@ire.kharkov.ua

Abstract – The simple method of radiation bandwidth measurement of the submillimeter laser is presented. The additional measuring equipment is not required for this method. Measurements are carried out by means of the micrometric mechanism of the resonator mirror moving

I. Introduction

The radiation bandwidth of active substance is an important parameter of laser. This parameter is interrelated to other important parameters of the laser. The value of this parameter is changed at various operation regimes of the laser. It is important to control the value of this parameter during laser investigations.

II. Method

Submillimeter lasers are usually supplied with the micrometric mechanism of resonator mirror moving. Moving of a mirror causes occurrence of power peaks of laser radiation. The width of power peak is proportional to radiation bandwidth of active substance and length of the resonator. The radiation bandwidth of active substance can be calculated using the formula:

fo is the radiation central frequency,

L is the resonator length,

AL is the value of moving mirror shift within the limits of the laser radiation zone.

III. Conclusion

The offered method of radiation bandwidth of active substance measurement is useful for the laser researches. The measurements executed by means of this method agree with ones executed by other known methods.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»