Лазер на красителях
ентцевской.
Следует обратить внимание на то, что в обоих случаях спектр генерации
несимметричен и затянут в сторону, где пропускание выходного зеркала
увеличивалось (для ДОДКИ в коротковолновую, для МЗ в длинноволновую).
Длительности импульсов, полученные как в первом, так и во втором случаях,
приблизительно одинаковы.
Наиболее короткие импульсы (~80 фс) были достигнуты нами при
использовании смеси «жесткого» трифенилметанового НП (кристаллический
фиолетовый (КФ) и «мягкого» полиметинового (5103-у, рис. 2.1.в). Выходное
зеркало с пропусканием 5 % в данном случае не ограничивало спектр
генерации, он задавался суммарным контуром усиления и поглощения смеси из
двух генерирующих красителей: Р6Ж (2*10-3 моль/л) и Р4С-П (0,2*10-3
моль/л), и двух поглощающих красителей: КФ (3*10-4 моль/л) и 5103-у (4•10—4
моль/л). При этом средняя мощность накачки составляла 1,3 Вт, а
длительность импульсов накачки была вдвое больше, чем в двух предыдущих
случаях. Выходная мощность НЛК составляла 25 мВт на длине волны
самонастройки 600 нм. Стабильность была недостаточно высокой, что
обусловливалось, по-видимому, недостаточной глубиной, модуляции (малым
отношением поперечных сечений поглотителя и усилителя ).
Ширина АКФ по полувысоте «плавала» от 140 до 180 фс. Соотношение (((t
=2 указывает на возможное наличие чирпа. Более высокое S достигается в
двухструйной схеме НЛК. Именно в такой схеме возможно получить стабильный
режим генерации УКИ длительностью 69 фс. Получаются импульсы длительностью
70 фс в одноструйном лазере с пленочным селектором с накачкой импульсами 2-
й гармоники YAG:Nd-лазера. Однако импульсы накачки в нашем случае почти на
порядок длиннее и накачка многолинейна. Следует отметить, что приведенное
исследование демонстрирует возможность перестройки длины волны генерации
лазера в режиме самонастройки путем изменения концентрации насыщающихся
поглотителей.
3. Узкополосный импульсный лазер на красителях с
электродинамическими приводами поворота дисперсионных элементов
Исследование изотопических сдвигов оптических линий атомов с
короткоживущими ядрами на лазерно-ядерном комплексе, созданном сотрудниками
Ленинградского института ядерной физики и Института спектроскопии АН СССР,
потребовало разработки узкополосного (((~1 пм) импульсного лазера на
красителях, который обеспечивал бы с высокой степенью воспроизводимости
сравнительно быструю и плавную перестройку длину волны излучения и легко
сопрягался с ЭВМ. Методы получения узкополосного плавно перестраиваемого
излучения достаточно хорошо разработаны — обычно это механическая
перестройка (поворот) дифракционной решетки лазера, производимая синхронно
и одновременно с перестройкой вставляемых внутрь резонатора эталона Фабри —
Перо или фильтра Лио, либо перестройка оптической длины такого резонатора
за счет изменения давления газа. Последний способ обеспечивает синхронность
перестройки всех дисперсионных элементов резонатора лазера в сравнительно
большом диапазоне длин волн (несколько нанометров) и высокую (0,2 %)
линейность сканирования, но неприемлем из-за низкой скорости сканирования.
При перестройке внутрирезонаторного эталона Фабри-Перо изменением его
зазора связь приводов решетки эталона вследствие линейности характеристик
преобразования обоих дисперсионных элементов достигается установкой одного
коэффициента пропорциональности, обеспечивающего одинаковые приращения по
длине волны в зависимости от управляющего сигнала. Однако создание привода
с линейной и стабильной характеристикой преобразования для такого эталона
является весьма сложной задачей. В большинстве случаев для этой цели
используются пьезокерамические материалы, которым присущи такие свойства,
как гистерезис и достаточно большая температурная нестабильность. Эти
недостатки можно компенсировать только с помощью сложных технических
решений, где эффект достигается введением отрицательной обратной связи по
перемещению, а измерение перемещения осуществляется датчиком емкостного
типа.
Перечисленные трудности привели нас к выбору другого способа
перестройки эталона (с помощью его поворота), который мог быть реализован с
использованием хорошо зарекомендовавшего себя электродинамического привода
(ЭДП), управляющего поворотом дифракционной решетки лазера. Единственный
недостаток такого способа — нелинейность зависимости перестройки длины
волны от угла поворота — был устранен введением небольшого дополнительного
функционального блока, осуществляющего нелинейную связь до управляющим
напряжениям приводов решетки и эталона (рис. 3.1).
Зависимости длины волны ( от углов поворота ( и ( дифракционной решетки 1
и эталона Фабри — Перо 2 соответственно даются известными формулами: [pic]
и [pic], где d — постоянная решетки, t — зазор эталона и [pic]. Исключив
длину волны из этих зависимостей, находим связь углов [pic] и [pic]: [pic],
или [pic]. Эта нелинейная зависимость может быть аппроксимирована полиномом
второй степени
[pic] (3.1)
где Up и Uэ — напряжения управления ЭДП решетки (ЭДПР) и эталона (ЭДПЭ)
соответственно; [pic] — коэффициенты, устанавливаемые при настройке ЭДП.
Для согласования размеров пучка на дифракционной решетке и эталоне служил
призменный телескоп. 6.
Для обеспечения плавной линейной перестройки длины волны лазера на
вход регулирующего устройства (РУ) 3 ЭДПР подается вырабатываемое
программным генератором (ПГ) 4 линейное пилообразное напряжение, при этом в
функциональном блоке (ФБ) 5, через который то же напряжение поступает на РУ
6 ЭДПЭ, формируется обратная по отношению к (3.1) зависимость
[pic]
[pic]
Рис. 3.1. Схема управления синхронным поворотом
дифракционной решетки и внутрирезонаторного эталона
За базовую модель был взят широко используемый в установках по
лазерной ступенчатой резонансной фотоионизации атомов серийный импульсный
лазер на красителях ЛЖИ-504 с накачкой импульсно-периодическим лазером на
парах меди «Криостат-1», в котором перестраиваемый вручную синусный
механизм поворота дифракционной решетки был заменен ЭДП. Аналогичный привод
управлял поворотом внутрирезонаторного плоского эталона Фабри-Перо, для
чего сердечники дифференциального индуктивного датчика положения и
линейного микродвигателя магнитоэлектрического типа жестко крепились к
приводному рычагу кольца, в котором закреплялся серийный кварцевый
интерферометр ИФП-2 с воздушным зазором 2 мм или внутренний эталон из
комплекта ЛЖИ-504. Лазер обеспечивал ширину линии излучения 0,04 см-1.
Сигналы с датчиков положения обрабатывались автоматическими регулирующими
устройствами РУ ЭДПР и РУ ЭДПЭ, управляющий сигнал с которых поступал на
обмотки микродвигателей для поворота элементов. Регулирующие устройства
были идентичны и выполнены в стандарте КАМАК размером ЗМ.
Программный генератор и ФБ конструктивно выполнены в едином модуле
КАМАК также размером ЗМ. Формируемое на выходе ПГ напряжение Uy
пилообразной формы имеет максимальную амплитуду 5 В и может уменьшаться с
шагом 0,5 В. Длительность нарастания напряжения может изменяться от 18 с до
30 мин с шагом 1/99 максимального значения. Выбранные диапазоны амплитуды
(0—9) и длительности (0—99) управляющего напряжения указываются на цифровом
табло (на лицевой панели модуля).
[pic]
Рис. 3.2.Структурная схема ФБ
Функциональный блок (рис. 3.2) состоит из сумматора аналоговых
сигналов 1, аналогового умножителя I и инвертора. Аналоговый умножитель
двухквадрантного типа выполнен по схеме с широтно-импульсным
преобразователем. Он включает в себя: ключи 2 и 5, генератор треугольного
напряжения 3, компаратор 4, усилитель 6 и источник опорного напряжения 7.
Цепь 6—5—7 обеспечивает стабилизацию широтно-импульсного модулятора II,
выполненного на элементах 4 и 3. Усилитель 8 осуществляет инверсию схемы,
включенной в его обратную связь, реализуя тем самым решение уравнения
(3.1);
R1 и R2 — переменные резисторы, с помощью которых устанавливаются
соответствующие коэффициенты k1 и k2 обеспечивающие в зависимости от
начального положения эталона оптимальную функциональную связь между Up и
Uэ, по минимуму отклонения максимума пропускания эталона от частоты,
заданной положением дифракционной решетки.
Характеристики лазера изучались с помощью стабилизированного по
температуре внешнего конфокального эталона Фабри — Перо с областью
свободной дисперсии 0,125 см-1 и резкостью 30. Электронные устройства ЭДП
осуществляли плавную синхронную перестройку элементов, обеспечивая скорость
сканирования длины волны от 0,1 до 0,001 см-1/с. В диапазоне
автоматического непрерывного сканирования длины волны до 2 см-1
нелинейность характеристики составляет 0,5—2 % и зависит от начального
положения внутрирезо-наторного эталона. Максимальный диапазон синхронного
сканирования решетки и эталона (без срыва синхронизации) 3 см-1.
Воспроизводимость длины волны такого лазера составляет 5•10-3 см-1 на
интервале работы 4 ч и полностью определяется характеристиками
внутрирезонаторного эталона.
Описанный узкополосный лазер на красителях на базе ЭДП поворо
| |  скачать работу |
Лазер на красителях |
