Двухмодовые лазеры с внутрирезонаторной модуляцией частоты

• Автор: Наумов, Николай Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 104 с. : ил.

Оглавление.
1. Введение
2. Глава I. Исследование свойств излучения двухмодовых Не-Ые и Не-Ые/СШ -лазеров с линейно и ортогонально поляризованными модами с внутрирезонаторной несинхронной частотной модуляцией
3. Глава 2. Свойства излучения двухмодовых Не-Ие и Не-Ые/СШ лазеров в режиме синхронной модуляции частоты
4. Глава 3. Флуктуации интенсивности и частоты биений в двухмодовом Не-Ке лазере с синхронизованными модами
5. Заключение
6. Список литературы

Введение
Актуальность темы. Лазеры в отличие от известных ранее источников света характеризуются высокой когерентностью и монохроматичностью, что делает перспективным их использование в системах связи, дальнометрии и т.п. [1-5]. Использование в качестве несущей оптической частоты потенциально позволяет существенно повысить объем передаваемой информации по сравнению с радио- и СВЧ-диапазоном, причем полезная информация может быть заложена не только в интенсивности, но и в частоте, и в фазе излучения. Для передачи информации в системах связи, повышения точности измерений в дальномерах и интерферометрах и т.п. излучение должно быть промодулировано по одному или нескольким параметрам. Это делает актуальным исследование различных методов модуляции как амплитуды, так и частоты и фазы излучения [6,7]. При этом угловая модуляция (т.е. модуляция частоты и фазы излучения) позволяет обеспечить большую помехоустойчивость, чем амплитудная и дает возможность применять для обработки сигналов методы, хорощо известные и освоенные для радиочастотного диапазона [8].
Практически сразу с появлением лазеров начались исследования различных возможностей модуляции параметров их излучения. Методы модуляции можно разделить на два типа по воздействию на излучение: внешние и внутрирезонаторные.
В случае внешней модуляции управление излучением осуществляется вне резонатора лазера. При этом не оказывается влияние на режим генерации лазера. Более того, иногда применяются специальные меры для исключения возможного влияния отраженного излучения на лазер.
Для модуляции амплитуды наибольшее распространение получил метод воздействия на поляризацию проходящего излучения. Поляризованное излучение пропускается через двулучепреломляющую среду, в которой при внешнем воздействии (электрическое или магнитное поле, механическое напряжение) происходит изменение разности показателей преломления для обыкновенного и

необыкновенного лучей и (или) поворот оптической оси среды. В результате меняется поляризация излучения. Далее при проходе излучения через поляризатор-анализатор изменяется его интенсивность [6, 10, 11].
Из видов угловой модуляции методами внешней модуляции легко реализуется фазовая модуляция: при пропускании луча через среду, коэффициент преломления которой может изменяться за счет внешнего сигнала, происходит изменение оптического пути, т.е. изменение фазы [6, 12-15].
Модуляция частоты излучения обеспечивается за счет дифракции на стоячей ультразвуковой волне, т.е. используется оптоакустический эффект. Но частотные характеристики опто акустических элементов представляют довольно узкие резонансы, что ограничивает возможные значения девиации частоты [7].
Внешние модуляторы менее критичны к потерям мощности излучения в модуляторах, но могут требовать относительно высокую мощность управляющих сигналов.
В случае внутренней модуляции управление излучением осуществляется за счет изменения параметров лазера (добротность и длина резонатора, усиление и т.д.), причем изменение параметров лазера может приводить как к амплитудной, так и частотной модуляции [6, 7, 21]. При определенных режимах работы лазер может быть очень чувствителен к таким воздействиям. Благодаря этому для внутрирезонаторной модуляции управляющий сигнал может требоваться существенно менее мощный, чем для внешней
Внутрирезонаторная амплитудная модуляция эффективна при малых значениях усиления, т.е. при работе вблизи порога генерации, но при этом особое значение приобретает уровень потерь в модулирующем элементе (если такой используется), т.к. при высоких потерях возможен срыв генерации. Возможная полоса внутрирезонаторной амплитудной модуляции ограничена произведением полосы резонатора на величину превышения усиления над потерями, и при малых

которого разность набегов фазы для волн двух поляризаций составит величину к) при такой конфигурации модулятора определяется выражением [7]:
и хъ
[гъъК - rnnï)l’
где гп и г33- электрооптические коэффициенты, п0 и пе - показатели преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей, значения которых известны, гъъп1 ~ гппо -2.678 10“8 см/В, /- длина кристалла вдоль оптической оси лазера, Ь-толщина кристалла, /l-длина волны. Для используемого кристалла размеры составили: /=20 мм, Ъ-6 мм. Для длины волны 3.39 мкм полуволновое напряжение составило 3.8 кВ, тогда для резонатора длиной 75 см величина с/21 составит 200 Мгц
и, соответственно, чувствительность модулятора 21. =50 кГц/В. Электрическая

емкость такого модулятора составляет ~ 10 пФ. В некоторых экспериментах использовался модулятор, образованный двумя кристаллами ниобата лития, вырезанными аналогично и расположенными под углом 90° друг к другу, ось Z оптической индикатрисы каждого вдоль поляризации одной из мод. Такая конфигурация модулятора позволяет обеспечить любой режим модуляции за счет изменения соотношения прикладываемых к кристаллам напряжений. Для избежания высокочастотных помех кристалл модулятора помещался в единый экранирующий корпус вместе с усилителем модулирующего напряжения.
Одно из зеркал резонатора закреплено на пьезокорректоре, что позволяет осуществлять перестройку мод по контуру линии усиления за счет изменения длины резонатора. Излучение, выходящее через одно зеркало пропускалось через поляризатор, сориентированный вдоль направления поляризации одной из мод и попадало на фотоприемник, сигнал с которого направлялся на осциллограф. Излучение, выходящее через другое зеркало, пропускалось через поляризатор, сориентированный под углом 45° по отношению к направлению поляризаций мод для выделения сигнала межмодовых биений и попадало на высокочастотный фотоприемник. Сигнал с него усиливался широкополосным усилителем и поступал