Исследование голограмм элементарных объектов, страница 12

4. Выводы.

9. ИСССЛЕДОВАНИЕ  КРАТКОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ

МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАЗЕРОВ

Цель работы. Ознакомление с основными причинами и формами проявления нестабильности параметров газоразрядных лазеров (ГРЛ), а также пассивными методами стабилизации мощности излучения.

Основные положения. В ряде областей науки и техники, таких как метрология, технология микроэлектроники, запись и воспроизведение информации, оптическая связь и т. д. непременным условием успешного применения газоразрядных лазеров является высокая стабильность мощности излучения.

Серийно выпускаемые газоразрядные лазеры, обладая уровнем нестабильности мощности излучения от единиц до десятков процентов, не соответствуют в большинстве случаев предъявляемым требованиям, и использование их затруднительно без принятия мер по стабилизации выходной мощности.

Причины, вызывающие технические флюктуации в ГРЛ, подразделяют на флюктуации источника питания, оптического резонатора и активного элемента. Кратковременная нестабильность мощности, определяющаяся колебаниями с периодом, меньшим 1 с, в ГРЛ порождается в основном флюктуациями тока, обусловленными несовершенством источников питания и колебательными свойствами разрядных промежутков лазеров. Флюктуации тока  могут приводить к модуляции усиления и, как следствие, к модуляции мощности излучения Р. С ростом частоты F колебаний тока глубина модуляции излучения  m_P = P_m / P₀ падает, что обусловлено, в первую очередь, инерционностью процесса накачки газовой активной среды. Мерой инерционности активной среды служит время жизни t₂ верхнего лазерного уровня: чем больше t₂, тем меньше граничная частота F_гр колебаний тока, которые еще могут заметно модулировать излучение лазера.

Флюктуации разрядного тока, вызванные нестабильностями источников питания и питающей сети, проявляются чаще всего в виде медленного дрейфа тока разряда либо присутствием в спектре тока гармоник промышленной частоты. Собственные колебания тока разряда определяются многообразием процессов взаимодействия частиц в плазме, а также взаимодействием внешней электрической цепи и разряда в целом. К числу таких колебаний относятся реактивные (релаксационные) колебания, страты, колебания двойного слоя и катодные колебания. Реактивные колебания существуют при малых предобрывных токах разряда, соответствующих большой крутизне падающей вольт-амперной характеристики разряда, т. е. участку с малым отрицательным сопротивлением разряда переменному току. Реактивные колебания усиливаются при возрастании паразитной емкости “катод - анод” и емкости кабеля. Частота реактивных колебаний, состав-ляющая десятки - сотни килогерц, падает с уменьшением тока, глубина модуляции увеличивается вплоть до 100%.

Страты, или слоистые колебания, обусловлены несовпадением по длине разряда максимумов ионизации и возбуждения атомов. В результате возникают пространственные слои с повышенной концентрацией либо ионов, либо возбужденных атомов. Слои, как правило, перемещаются с большой скоростью вдоль оси разряда, образуя бегущие страты, усиливающиеся от катода к аноду. Страты не только модулируют разряд и его излучение во времени, но и делают его пространственно неоднородным. В области повышенных рабочих токов ГРЛ страты оказывают наибольшее влияние на кратковременную нестабильность мощности. Это связано с тем, что в разряде чаще присутствуют не регулярные страты-колебания на одной частоте, а шумовые, спектр которых включает большое число гармоник. Разностные частоты биений между гармониками попадают в низкочастотную область, сильно модулируя когерентное излучение и формируя спектр выходной мощности вида 1/F. Наибольшее дестабилизирующее влияние страты оказывают на выходную мощность гелий-кадмиевого лазера, где разрядные условия, обеспечивающие максимальное усиление активной среды, одновременно являются благоприятными и для существования интенсивных страт.