Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 46
Текст из файла (страница 46)
И.,Лукьянов Д. П., Бакаляр А. И. Лазерный гироскоп.— М., 1977.— 378 с. 194 Значение разностной частоты (10.13) в окрестности зоны захвата можно аппроксимировать зависимостью 123) », К.„)»'(д — О'„. «0.14) Это уравнение практически и является статическ " кой выходной характеристикой кольцевого лазера. Лнализируя уравнение (10.14), можно сделать следующие выво* д ы. При малых угловых скоростях (й (1) С~ »»1 р Й 1 п оисходит захватывание частот встречных колебаний.
В соответст ствии с этим авнением УР область захвата пропорциональна коэффиц у р эфф иент об атного рассеяей в т ечных излучении. н ия и зависит от разности интенсивностей с р Основная характеристика Р, = К„й (1) при м — и малых й ( имеет гис() те езис вследствие влияния энергетической связ р и вст ечных излучет рез ний и обратного рассеяния (рис. 10.3, б). Увел . Увеличение связи между встречными излучениями приводит к рас р сши ению области захвата. бШи ину области захвата можно уменьшить за с у чет меньшения о- Р нтах, л чшения однороднор атного рассеяния на отражающих элементах, у у величения периметра рет п и и очих равных уссти покрытия их и однородности плазмы, увел зонато а. 11апример, ширина области захва а р р ловиях для кольцевого лазера с периметром а р . ом 300 см.составляет 120 Гц, для моноблочного кварцевого резонатора с периметром 40 см — 500 1500 Гц 10.4.
Методы разноса частот. Ячейка Фарадея Устойчивость режима генерации встречных излучений лазера минимальна в случае, когд енг а частоты встречных волн равно отстоят от центра доплеровски ушнренной спектральной линии излуч т й сит ации взаимодействие обеих волн идет через одни том, что в этой си у освязь колебаний маки те же группы атомов активной среды, т. е.
взаимос з симальна. ри отсу . П тствии вращения кольцевого лазера система уо- аоиченнем скорости вращения неустойчивость ее р тойчива, а с увелич ействия вст ечтет. Это физическое явление одновременного взаимодей р ных волн, когда ин интенсивность одного излучения увеличивается, а и оной г ппы гого — меньшается и все зто вызвано усилением одной гру другого — уменьш атомов активной среды, и будет конкуре «( н ией мод. При малых угловых скоростях разностная частота отсутствует. При увеличении скорости вращения, начиная с некоторой пороговой (~Й,„), появляются биения, но их частота не соответствует расчетном значению для д анной угловой скорости и лишь постепенно, а Й (1), п иближается к нему.
Отсутствие биений объясняувеличением ( ), при лиж тот и конк енцией мод ется принудительной синхронизацией частот и ур встречных волн. ия явлений взаимной Необходимо различать механизмы действия син р х онизации встречных волн и конкуренции мод в кольцевом лазепе ике афре. налогом пер . А . пе ваго явления служит известный в радиотехн эфо ов. гое тывания колебаний двух связанных генераторов. Дру фект захватыван физическое явление, конкуренция мод, обусловл рфер ны взаимодействием между модами встрыж~ ~~~. «пк~~~, что оба эти явления приводят к единому результату — к неиз ежному )95 та )взвыл бед И..
у) -41, -002 Кюбегс ссгствбнб(22 бсб(есб(бссб 197 Рис. 1ОА. Зависимость выходной характеристики кольцевого лазера от расстройки частот (а) н зависимость выходной мощности встречных излучений, границы области захвата от расстройкн частот в резонаторе (б): аг 1 — ндеальизя харектернстнкз; 2 ч 0,00; б — ч О.ои б — расчетная характерн. етнка; б — Ч О,З; б — Ч 0,1; бг 2, б — встречные нзлуеенвя: г ширина областн захвата наличию области захвата частот и уменьшению точности измерения й (1).
Наличие разностной частоты в области, близкой к границе захвата, обусловлено явлением увеличения частоты генерации. При этом зависимость Рр —— К„'ьб (1) становится нелинейной. Основная выходная характеристика в большей степени зависит от расстройки частот излучения.
Если обозначить относительную погрешность настройки резонатора на резонансную частоту спектральной линии (расстройку резонатора каждого из встречных излучений), то с изменением расстройки выходная характеристика смещается из области захвата н может даже пересекать идеальную характеристику (рис. 10.4, а). Это обусловлено дисперсионными свойствами активной среды и, в основном, конкуренцией мод во встречных излучениях. Экспериментальным путем было выяснено, что с увеличением коэффициента связи между встречными излучениями увеличивается область конкуренции. Характер распределения мощности н изменения области конкуренции в зависимости от расстройки показан на рис. 10.4, б.
Ослабить влияние конкуренции мод можно, если поддерживать стабильной частоту излучения. Предъявляя высокие требования к частоте и качеству отражающих поверхностей или применяя вместо зеркала призмы полного внутреннего отражения, область захвата можно несколько уменьшить. Полностью от синхронизации и конкуренции встречных мод избавиться нельзя из-за рассеяния на неоднородностях флюктуирую(цей плазмы, конечности размеров зеркал и сечения пучка, нелинейных явлений в разряде и при отражении от зеркал.
В применяемых для целей гироскопии кольцевых лазерах область захвата достигает нескольких десятков и сотен герц. Существует много методов, которые частично помогают избавиться от этого нежелательного явления. Например, использование смеси изотопов !чехе, !чгехз с концентрацией около 1 % позволяет снизить конкуренцию мод в резонаторе. Действенной мерой, которая практически помогает избавиться от этого явления и дает возможность измерять очень малые угловые скорости вращения, является создание искусственного смещения частот, т. е.
хб Ул("ббб.„(бес он С' Рнс. !0.6. Основные методы смещения частот: 1 — зращенве влн колес«нее резонатораг 2 аээект Фарадея; б з)Факт Физо,' б з$. Фект увлечения света движущейся зредойг б жЩекх зеемака а Х Рис. 10.6. Схема движения ионизнрозанных частип з газопазрядном промежутке кольцевого лазера (а] н принципиальная н конструктивная схемы ячейки Фарадея, создающей смещение частот («подставкуз) в кольцевом лазере, (б): а: 1 — моноблок; 2 генерационный капал; 2 аноды! б катод: б зеркала (стрелканн показано направление дзхжензя хенов газз1; б: 1 — встречные нзлуееппя: 2. 2' — линейно-поляризованное налуеевне; Д М четверть- волновые плзстзнкн вз крнсгаллнчесхзго кзарцаь « — оптвческн активная среда (плавленный кварц); б солзнзнш создающий нагпнтное поле запряжепностью ЛО б.
б' круговая по. лярнзацзя валу«ения введение заранее известной частоты, так называемой частотной «подставки» вЂ” начальной разности чаатот, превышающей пороговую частоту захвата. Разнести частоты можно различными способами. Один из методов создания начальной разности частот состоит в том, что платформе, на которой установлен кольцевой лазер, сообщаются малые вращательные колебания о частотой порядка 10...40 Гц. Точность измерения ьб (1) в этом случае повышается.
Для создания смещения частот можно использовать эффект Физо (рис. 10.5) или эффект Лэнгмюра (увлечеиие света движущейся газо- разрядной плазмой)', который является следствием собственной анизотропии и дрейфа ее в случае возбуждения газовой смеси в кювете разрядом постоянного тока, Этот эффект можно применить для создания искусственной «подставки», поскольку в резонатор не требуется вводить дополнительные потери (рис. 10.6, а) (6, 25!.
Эффект Фарадея можно использовать для создания разностной частоты встречных колебаний. Этот эффект заключается в повороте плоскости поляризации линейно-поляризованного света, распространяющегося вдоль силовых линий магнитного поля. угол у„иа который поворачивается плоскость поляризации, пропорционален напряженности магнитного поля Н и пути 1„проходимому излучением в магнитном поле: Х =ЛН, (10.15) где $' — постоянная Верде.
При разработке лазерных измерителей угловых скоростей часто используют элемент смегцения частот специальной конструкции— я ч е й к и Ф а р а д е я (рис. 10.6, б). Применение такого устройства позволяет исключить в резонаторе подвижные элементы и получить смещение частот до нескольких сот килогерц. Эго устройство состоит из трех пластинок. Четвертьволновая кварцевая пластинка 3 преобразует линейно-поляризованное колебание 2 в колебание, поляризованное по кругу б. Пластинка 4 — это оптически активная среда, помещенная в магнитное поле такой напряженности Н, при которой между обыкновенными и необыкновенными лучами создается сдвиг по фазе, равный 180'.
Эгот сдвиг по фазе не изменяет характера поляризации на входе пластинки 4, поляризация остается круговой, но направление вращения меняется на обратное. Поэтому в пространстве между четверть- волновыми пластинками навстречу друг другу распространяются две волны, поляризованные по кругу в противоположных направлениях. Показатели преломления вегцества пластинки 4 для,'излучений разной круговой поляризации различны, поэтому различны и оптические пути и частоты ты зз встречных волн. Вращение вектора электрического поля с частотой ы в этом случае эквивалентно механическому вращению пластинки 4. Четвертьволиовая пластинка д, кристаллографическая ось г' которой расположена под углом 90" ~ 5' к оси четверть- волновой пластинки 3', преобразует падающее на ее вход поляризованное по кругу излучение б в линейно-поляризованное излучение 2', что в конечном счете приводит к смещению частот встречных излучений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
