Исследование генерации второй гармоники лазерного излучения. Исследование прохождений лазерного излучения через световод. Исследование внутренней модуляции газоразрядого лазера. Исследование электрооптического модулятора, страница 7

      m_I = 1_m / I₀ × 100, % ;                m_P = Р_m /P₀  ×100, %.               (3.1)

Внутренняя модуляция возможна и при выборе рабочей точки на падающей ветви энергетической характеристики. При этом, однако, увеличивается потребляемая лазером электрическая мощность, а фазы колебаний P и I будут противоположными. Глубина модуляции мощности m_P при постоянстве глубины модуляции тока разряда m_I зависит от положения рабочей точки на энергетической кривой и частоты модулирующего сигнала. Частотная зависимость обусловлена конечным временем установления поля в резонаторе и инерционностью накачки активного вещества лазера. Конечность времени t_п установления поля определяется числом проходов N   излучения между зеркалами резонатора, необходимых для установления равновесия между изменившимся уровнем накачки - током разряда и мощностью излучения. Число необходимых проходов излучения зависит от коэффициента усиления активной среды лазера, длины оптического резонатора L и коэффициентов пропускания t₁, t₂ “глухого” и выходного (рабочего) зеркал. При условии, что t₁ = 0 и t₂ << 1, число необходимых проходов может быть приближенно оценено как N = 2/t₂. Тогда    t_п = t₁N = 2L / ct₂ при L = 1 м  и t₂ =1,5 % составит величину порядка 0,5 мкс.

 На практике более значительное влияние на глубину модуляции излучения оказывает инерционность накачки, обусловленная конечностью времени жизни верхнего лазерного уровня.  При незначительном превышении усиления над потерями, типичном для Не-Ne лазера, максимальная скорость изменения концентрации возбужденных частиц на верхнем лазерном уровне определяется скоростью радиационного распада – скоростью изменения концентрации частиц на данном уровне за счет спонтанного излучения (dn₂ / dt)_max = n₂ / t₂. Для случая Не-Ne лазера с длиной волны генерации 633 нм эффективное время жизни t₂ определяется временем жизни метастабильного уровня буферного газа гелия в состоянии 2¹S₀ и составляет 4-5 мкс. Это означает, что на частотах модуляции F, период которых Т меньше t₂    (200...250 кГц), концентрация возбужденных частиц на верхнем лазерном уровне не будет успевать следовать за изменением концентрации электронов, вызываемым модуляцией разрядного тока. Таким образом, глубина модуляции лазерного излучения m_P с ростом частоты модулирующего сигнала будет уменьшаться. Зависимость m_P от частоты модуляции тока разряда носит название модуляционной характеристики.

Необходимо отметить, что при протекании тока через разрядный промежуток лазера могут возникнуть токовые флуктуации, приводящие к паразитной модуляции лазерного излучения. Уровень таких флуктуаций обычно характеризуют амплитудами наиболее сильных колебаний тока A_I и мощности излучения A_P. Основными типами собственных колебаний тока  являются реактивные колебания, страты или ионизационные волны, катодные колебания и колебания двойного слоя. Реактивные или релаксационные колебания - следствие взаимодействия реактивных элементов схемы питания и разрядного промежутка. Они возникают в области малых, предобрывных токов, где вольт-амперная характеристика разрядного промежутка лазера имеет резко выраженный падающий характер, т.е. обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Реактивные колебания усиливаются с ростом паразитных емкостей катод-анод, кабелей питания и т.п. По мере уменьшения тока частота реактивных колебаний (10⁴…10⁵ Гц) падает, а глубина модуляции возрастает вплоть до 100% перед обрывом разряда.