Страты или слоистые колебания возникают при нарушении однородности распределения электронов по энергиям вдоль разрядного промежутка. Причиной этого нарушения является различие вида функций вероятности возбуждения и ионизации, следствием - несовпадение максиму-мов зон ионизации и возбуждения атомов. В результате возникают пространственные слои либо с повышенной концентрацией ионов – темные области, либо с повышенной концентрацией возбужденных атомов – светящиеся области. Характерный период такой пространственной неоднородности для лазерных разрядных условий составляет единицы миллиметров и более. Слои могут быть неподвижными, но, как правило, они перемещаются о большой скоростью вдоль оси разряда, образуя бегущие страты, усиливающиеся от катода к аноду. Иногда бегущие страты существуют в регулярной форме – в виде колебаний тока на одной частоте в области сотен килогерц. Однако чаще в разряде присутствуют нерегулярные или шумовые страты, спектр которых включает большое число гармоник. В силу своей природы и относительно высокой частоты сами страты сильнее модулируют во времени ток разряда, чем распространяющееся вдоль оси лазерное излучение. Модуляция излучения лазера стратовыми колебаниями является в значительной мере следствием осевого перемещения пространственно разделенных зон с преобладанием процессов возбуждения или ионизации. Уровень модуляции обычно не превышает 0,1…1%. Разностные же частоты биений между гармониками страт, попадая в низкочастотную область (единицы…десятки килогерц), сильно модулируют когерентное излучение и формируют спектр колебаний выходной мощности вида 1/F. В итоге, в области повышенных рабочих токов страты оказывают наибольшее влияние на кратковременную нестабильность выходной мощности лазеров.
Катодные колебания обусловлены перемещениями эмиссионного пятна по поверхности катода. Колебания двойного слоя возникают в местах резкого изменения сечения разрядного канала, а, следовательно, и плотности тока. Эти виды колебаний сами по себе слабо модулируют ток и излучение, но могут явиться инициаторами возникновения страт.
Кратковременная стабильность мощности излучения газоразрядного лазера может быть повышена путем ослабления или подавления собственных колебаний разрядного промежутка, например соответствующим подбором геометрии, наполнения, балластного резистора и тока разряда. В частности, подбором тока иногда удается найти области, свободные от собственных колебаний. При исследовании модуляционных характеристик на частотах, близких к частотам собственных колебаний разряда, могут наблюдаться явления резонансного характера, приводящие к локальным подъемам зависимости mP от частоты F внешней модуляции тока. Для уменьшения погрешности измерений снятие модуляционных характеристик желательно производить в области минимального уровня токовых колебаний. В целях уменьшения возмущения активной среды и нелинейных искажений, вносимых формой энергетической характеристики лазера, глубина модуляции тока разряда не должна превышать 10-15%.
Описание лабораторной установки. В работе исследуется маломощный гелий-неоновый лазер (l = 633 нм). Выходное напряжение блока питания, а соответственно и ток разряда регулируются с помощью ЛАТРа (рис. 3.2). Балластные резисторы R1, R2 ограничивают ток разряда. Резистор R2, соединенный анодом, дополнительно уменьшает влияние конденсатора С и паразитных емкостей на устойчивость разряда в лазере. Постоянная составляющая тока I0 контролируется по миллиамперметру.
Рис. 3.2. Структурная схема лабораторной установки
Модуляция разрядного тока может производиться двумя путями: либо с помощью регулирующей лампы, включенной в катодную цепь лазера, либо путем подачи модулирующего сигнала от генератора синусоидальных колебаний непосредственно в анодную цепь лазера через высоковольтный разделительный конденсатор С. В данной установке используется второй метод. Амплитуда модуляции тока Im регулируется уровнем выходного сигнала генератора. Необходимая величина Im рассчитывается по выбранной глубине модуляции тока mI с использованием (3.1).Напряжение Um, пропорциональное амплитуде переменной составляющей тока, снимается с измерительного сопротивления R = 200 Ом и подается на один из калиброванных входов двухлучевого осциллографа.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.