Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Однако введение в резонатор ячейки фарадея (элемента смещения) существенно увеличивает коэффициент обратного рассеяния и раздвигает границы области захвата, При прохождении поляризованной по кругу электромагнитной волны через диспергирующую среду, помещенную в магнитное поле, скорость распространения волны в этой среде зависит от знака круговой поляризации. Разностная частота, создаваемая рассмотренным элементом смещения частот при неподвижном контуре, о с!эУО соз т (10.16) яБ ц 198 где У вЂ” постоянная Верде ,« диспергирующего материала (например, для стекла К-8 при Х, = 0,6328 мкм = 0,85 А ' угл. мии); у— угол между вектором Н и направлением распространения излучения, рад.
'- .'ччмг Поскольку разпостная частота зависит от напряжен- С',;,.Ф"' нестабильность приводит к ~~" !; " "-':.'. -:3=--. а — '1 существенным погрешностям при измерении угловых скоростей. Поэтому такой элемент смещения частот необходимо тщательно экранировать от влияния флюктуаций вну- Рис. !9.7. Колымкой лазер с кварцевым трениях и внешних магнит- моноблочнк и РезонатоРом: 1 — мака«кочны» о«как«тор; 3 — к«»како; Ю ных полей напряжеяностью счкераккоккык казак; .
— к«того «аной до 8 ° !О ' А/м. Используя элемент смещения частот для создания так называемой «подставки», можно определять и направление вращения, и значение скорости при малых угловых скоростях !! (1). Так практически и поступают при разработке лазерных гироскопов (рис. 10.?). $6.5. Методика расчета основных характеристик кольцевого лазера Ниже приводятся зависимости, по которым можно произвести приближенный расчет основных параметров кольцевого лазера, если известны состав газпвой смеси (как правило, гелий с неоном) и длина волны в центре кривой усиления Хо = 0,6328 мкм.
Выбраны одномодовый режим генерации и периметр резонатора !.. Заданы диапазон измеряемых скоростей Р. ы ( Й (1) ( (),„и диапазон изменения температуры АТ = ~50 'С (6!. Расчет конструктивных параметров. Диаметр «( газоразрядной трубки может быть рекомендован исходя из технологических возможностей изготовления необходимого диаметра канала в моноблочном резонаторе; обычно 4 0,25...0,3 см. Пределы приращения периметра резонатора в зависимости отдиапазоиа изменения температуры Й =1 а,АТ. Для кварца и, = 5 ° 10 '; для ситалла и, = 1 ° 10~.
Максимально допустимый угол разъюстировки отражательных элементов кольцевого резонатора (зеркал, призм) Ьдж ~ с(1(5 Р 31„), где 1„— длина стороны контура резонатора. см. Расстояние между двумя соседними интерференционными максимумами и число интерференционных полос Ааааа = " зап ач~ А/евах ~~ ° 28л твх Обычно д = 30 или 45'! 20 1'; л = 1,5. Для регистрации интерференционной картины выбирается приемник излучения с соответствующими диаметром входного зрачка (с(„ = 0,1...0,3 см), спектральной чувствительностью и постоянной времени.
Обычно применяют кремниевые фотодноды. Сила разрядного тока определяется как функция параметров плазмы и приложенного к электродам напряжения Ьи ~ 1 кВ: ппл!арт/ где пп, — скорость движения плазмы, м/с; (з — динамическая вязкость, Па; М вЂ” атомная масса газовой смеси. Рекомендуется выбирать давление газовой смеси р 667 Па, нестабильность тока Ыр/7 = 1 ° 10 . Полученное значение разрядного тока /р 0,01...0,05 А, Расчет энергетических характеристик. Нормированный коэффициент усиления активной среды для одномодового режима излучения К=6(ч)/6 „, ехр~ — ~, ' )1, причем Ачи/Ьчр 0,001...0,01.
Выходная мощность излучения гелий-неонового лазера Р,'„, ~ (2...5) 10 з Вт; коэффициент потерь в резонаторе при наличии «подставки» /Зпат — РХ = ~хпф + рхва + ТЮ где ~х„е — коэффициент вносимых и дифракционных потерь; ()х„,— коэффициент внутренних диссипативных потерь в плазме; тх — коэффициент потерь в результате отражения части излучения на зеркалах. Рекомендованные аначения /спет ( 0,04; 1)хве 0,01; — 0,015; тх 0,025, Расчет спектральных и пространственных характеристик.
Пределы изменения разностной частоты: Ррзпп!и = Кать!ах!п! Ррзппх = Квхьхптах Суммарная разностная частота Рр = Ррзмвх ~ Рп Для знакопеременной «подставки» обычно принимается Р,/Р,а /а " /та. Подбирается тип «подставки» и определяется ее нестабильность ДРп/Рп. 10 ', Рп, = с(,)/Н/( т;и,). Выбираются параметры и материал ячейки Фарадея (Е,р = Х(!па) при напряженности магнитного поля Н, отнесенной к напряженности поля Н, = 15...40 А/м Земли, Н/Н, ) 100. Рекомендуется пластинка из плавленного кварца толщиной 1, = 0,2 см с постоянно Верде )/ = 0,85 А ' угл. мин.
Чувствительность лазера (рад/с) папр алмаз — 4с (РРО Рп)' ре- Ширина спектральной линии генерации лазера и расстройка зонатора аул = Р ' /зчз! Я(ч)ал = (ч1,г — ча)/Ауо. р' вых Ширина области захвата сХа Расходимость излучения (рад) 0 = 2,1 1/ — ' (2/с//. — 1) /', где /х — радиус кривизны зеркал полуконфокального резонатора (выбирается из условия /с ) 5Е). Добротность резонатора для встречных излучений 1 2я!.
()!. = — —. /тапа ~а Усредненное значение погрешности измерения частотомером разностиой частоты кольцевого лазера ЬРр [О 5 /~~ (Р~ых/Ры)] а где Т.,„— период измерения, с. пример. известиы следующие цзрзметры кольцевого лазера (см. рис. 10.7): Х = 0,6328 мкм; /. = 40см; ач 5 ° !О т; режим геиерзции — одномодовый; 0 (бпв а= 5 10 7...1,7 рзд/с. При »тих цзрзметрав палучзем: чувствительность й ю 5 ° 1О: т рзд/с; «ппд. стзвхвв Рп вы 50 кГц; ззхвзт Р = 240 Гц; мощность Р,„„2 мВт; рзсходимпсть В' = !4', диаметр канала а( = 0,2 см; мзхсимальио допустимый угол рззъюстировхи 50 20'.
Глава 11. МОДУЛЯЦИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЦЕНИЯ 41.1. физические принципы, классификация и основные карвктеристики модуляторов лазерного излучения Пп лаед л ией ппиимвется измеиеиие пп заданному ззхоиу характеристик пд ме рляиие лазерною излучения для иплучеиия иифпрмзципивпгп сигнала и ред рес п елеииой в меиибй зависимостью. 201 Модуляция осуществляется изменением показателя преломления ойтической среды, изменением добротности резонатора, расщеплением или сдвигом рабочих уровней энергии атомов, молекул и т. д.
[23[. Изменение показателя преломления лежит в основе методов фазовой модуляции, которая в зависимости от схемы модулятора может быть преобразована в амплитудную, а также в модуляцию по поляризации и по частоте [24[. Изменение показателя преломления возможно при воздействии на вещество электрического, магнитного полей (эффект Фарадея), температуры, механических напряжений (фотоупругости). Метод изменения добротности резонатора основан на создании большой перенаселенности активных частиц на метасгабильном уровне активной среды путем перекрывания излучения светозатвором. В основе методов модуляции, использующих принцип расщепления и сдвига рабочих уровней энергии атомов, молекул н кристаллов, лежат эффекты Зеемана и Штарка.
Итак, известно множество различных физических эффектов, которые можно применить для модуляции лазерного излучения. Тем не менее, в настоящее время в модуляторах безраздельно господствуют трн эффекта: линейный алгктрооптичгский, згагнитооптический и эффект фотоулругости. По месту расположения относительно резонатора модуляторы лазерного излучения делят на два класса: внерезонапгорныг (внешние) и внутрирезонаторныг (внутренние).
Первые модулируют уже сформированный лазерный луч, в то время как вторые — излучение в процессе генерации. Обычно выбор типа модуляции (амплитудная, фазовая, частотная и поляризационная) определяется видом передаваемой информации, глубиной модуляции, мощностью модулирующего сигнала, режимом работы лазера н т. д. Наибольшее распространение получили амплитудные модуляторы, что объясняется относительной простотой их конструкции.
В зависимости от конкретных задач, решаемых устройствами, в которых используются модуляторы лазерного излучения, к последним предъявляются требования широкополосности, малости потребляемой мощности, линейности модуляционной характеристики и большого динамического диапазона. Определим нх некоторые характеристики. Глубина модуляции. Как правило, она связана с амплитудным значением выходного сигнала: мвх мьв т Еювх + Епв!и Спектр промодулированного оптического сигнала.
Допустим, что оптический сигнал, несущий полезную информацию, является функцией времени Чг (г) и модулнруется по закону периодической функции т (Г), которая осуществляется одним из возможных физических явлений. Тогда уравнение сигнала на выходе модулятора, очевидно, имеет вид [1Я ф,([) = р([) ш(г).
Если функция гп (!) четная, что практически легко выполнить, выбрав начало отсчета в середине процесса изменения функции гр (Г), то разложение ее в ряд Фурье будет пг([) = пгэ + ~„пг„соз пв„1. и=! Спектр сигнала на выходе модулятора Р,(в) = ) гр„(() ехр( — [в() йг = в гр(1) тэ -[- ~~" т„сов па„( ехр( — [в[)йй. =) р и=! Заменив соз пв„[ = 0,5 (е' п' +е '""н!), получим Рп(в) = ип ~ гр(!)ехр( — /вг) йг+ вп в -!- в,в ь' . [ в (!! ~' '"' й -!- [ в (!! ~~'в "" и) и=! м = ига Р (в) + 0,5 Х пгп [Р (в — авп) + Р (в + пв„)[. и=! Итак, спектр промодулнрованного оптического сигнала есть сумма спектра си н а сигнала до его модуляции Р (в) и совокупности и гармоник того же спект а е пектра Р (в), взятых со сдвигом по частоте на значен кратные частоте модуляции.
К. п. д. модуляции. Отношение средней мощности промодулированного оптического сигнала к мощности излучения до его модуляции является к. и. д. модуляции: «1 Р р [Р В настоящее время большое распространение в лазерной технике получили модуляторы излучения, основанные на линейном электро- оптическом эффекте. Эти модуляторы применяются в широком диапазоне частот, от звуковых до частот модуляции в десятки гигагерц. йт.2.
Электроолтический эффект в кристаллах Злехтрооптичесхим эфф эффектом называют язменение поиазателя преломления хря ный элеистилла пропорционал н ально напряженностя элеитричесхого поля (линей —, лишенных трооптичесиий эффе " эфф ит проявляющийся в твердых телах — кристаллах, элехтричецентров симметряи) ) или пропорцяонально квадрату напряженности ского " я (инадравичный элеитрооптичесияй эффект на людаем В Т О я газах — яитробензоа, сероуглерод я хрясталлах группы: КТаов, а ! в, КТах)ЧЬ ! —,Ов -в КТХ). 20з Среди матеРиалов, используемых для мо л„ наибольшее распростран н„п модулнрующих элементов, сящиеся к иен"е подучили одноосные кристаллы, отн . щ еся к кристзллографическим классам О241 и Тй [2 ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
