Лазерный мир

П. Воробьев, М. Керносов, А. Кондрахин, Г. Мельничук, Е. Чуляева // Журнал Фотоника, 3/2013, с: 36-41

Наиболее распространенные методы измерения параметров лазерного излучения включают в себя, в частности, измерение пространственных и энергетических характеристик пучка. Измерение характеристик частотно-стабилизированных лазеров требует разработки нескольких установок и методик измерения. К таким характеристикам следует отнести спектрально-частотные. В работе продемонстрированы методы, применяемые в промышленном производстве.

The measurement methods of parameters of the frequency-stabilized lasers The most common methods of measurement of laser emission parameters include, in particular, measurement of the spatial and energy characteristics of the beam. To measure such characteristics, automatic instruments, such as [1], have been developed. Measurement of frequency-stabilized laser characteristics requires development of a number of measurement installations and methods. Such characteristics include spectralfrequency characteristics. In this paper, we consider methods, which are used in industrial production.
The proposed work is published on the advice of the Organizing Committee of International Scientific Seminar «Physics of laser processes and applications» (PHLPA-2012) held in Ryazan

Методы определения стабильности частоты лазерного излучения Метод измерения нестабильности частоты, подобно описанному в [2, 3], осуществляется во временной области и заключается в измерении частоты биений между двумя лазерами с помощью частотомера. Затем данные анализируются и статистически обрабатываются.
Нестабильность частоты определяется через среднеквадратическое относительное отклонение как (1)
где – нестабильность частоты излучения испытуемого лазера; – среднее значение измеряемой частоты биений; N – число отсчетов с частотомера; – номинальное значение частоты, справедливо в случае, если флуктуации частоты излучения носят случайный характер. Однако изменения частоты лазерного излучения со временем не всегда носят случайный характер. Причем эти изменения на фоне случайных флуктуаций частоты могут быть выражены неявно.
При наличии систематического характера изменения частоты среднеквадратическое отклонение расходится с увеличением числа измерений. При наличии дрейфа нестабильность частоты лазерного излучения вычисляется по формуле (2) и не совпадает со значением нестабильности частоты, вычисленной с учетом формулы (1). Нестабильность частоты в случае дрейфа определится по формуле (2) где N – число пар отсчетов с частотомеров; ν2i – текущее значение измеренной частоты биений; ν2i-1 – предшествующее значение частоты биений.
Параметр Аллена меняется с изменением времени усреднения. Обычно для характеристики лазера строят параметр Аллена в зависимости от времени усреднения, что и позволяет судить о спектре возмущений [4]. Тип шума исследуемого лазера обычно неизвестен, поэтому при определении стабильности частоты этот метод дает большие погрешности.
Таким образом, выбор формулы для определения нестабильности частоты (1) или (2) будет зависеть от типа шумов в спектре лазерного излучения. Если процесс изменения оптической частоты носит случайный характер, то справедлива формула (1).
Анализ проведенных измерений показывает, что стабильность частоты в частотно-стабилизированных лазерах, выпускаемых ОАО ПЛАЗМА, подчиняется закону Гаусса при работе лазера после двухчасового прогрева, в то время как в первые часы происходит дрейф частоты биений. Поэтому для характеристики стабильности частоты приводится СКО при разных временах усреднения. Схема установки представляет собой схему оптического гетеродинирования с автоматической регистрацией данных. Обработка результатов проводилась при разных временах усреднения.
Измерение длины временной когерентности
Исследование длины временной когерентности проводилось с помощью модернизированного интерферометра Майкельсона. Опорное плечо интерферометра образовано зеркалом с пьезокорректором. Измерительное плечо образовано делительным зеркалом и подвижным измерительным зеркалом. Излучение, отраженное от измерительного зеркала, снова возвращается к делительному зеркалу, отражается от него и совмещается с опорным излучением.
На фотоприемнике мы получаем интерференционную картину. Пьезокорректор осуществляет модуляцию опорной длины интерферометра. За счет использования модулируемой опорной длины интерферометра Майкельсона возникает переменный сигнал интенсивности, отображаемый регистрирующим устройством, который демонстрирует сигнал с выхода интерферометра. При равенстве плеч интерферометра глубина модуляции составляет 100%. При неравенстве плеч интерферометра глубина модуляции уменьшается. При модуляции сигнала глубиной 50%, что происходит при изменении расстояния в измерительном плече до длины когерентности, видность интерференционной картины тоже равна 50%.
Преимущества метода заключаются в снижении погрешности измерения с 25% до 2%.
Метод измерения
поляризационной неустойчивости в частотно-стабилизированном лазере
Исследования поляризационно-частотных свойств активных элементов с внутренними зеркалами проводились, например, авторами работ [5,6]. Однако причины нестабильности были выявлены лишь частично. Для полного анализа нестабильности предложена в настоящей работе схема измерительной установки, которая позволяла одновременно измерять изменение интенсивности лазерного излучения, а также регистрировать разностную частоту при наложении поперечного магнитного поля на активную среду лазера.
Излучение лазера направлялось на поляроид и фотоприемник. Сигнал с фотоприемника сканирующего интерферометра поступал на вход осциллографа С1-117. C другого выхода лазера излучение направлялось на двухсекторный фотоприемник, подключенный к усилителю, мультиметру АРРА и компьютеру, причем каждый сигнал поляризации записывался соответствующим каналом компьютера. На экране компьютера отображался сигнал выходной мощности каждой из составляющих лазерного излучения, соответственно I1, I2.
Таким образом установка, позволяет провести полный анализ нестабильности частотно-стабилизированных лазеров.

Полное содержание статьи: http://www.photonics.su/files/article_pdf/3/article_3720_248.pdf