способ определения коэффициента усиления в многомодульных лазерах

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ В МНОГОМОДУЛЬНЫХ ЛАЗЕРАХ, включающий измерение выходных параметров излучения лазера при работе со всеми модулями и с половиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в качестве выходных параметров измеряют интенсивности J и J₁спектральных линий, общих для спектра излучения лазера соответственно при работе со всеми модулями и с половиной, и определяют коэффициент усиления К для каждой спектральной линии по формуле

K = ,

где r₁ и r₂ - коэффициенты отражения зеркал резонатора лазера;

L и L₁ - длина резонаторов, занимаемая всеми модулями и половиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применен в работах по исследованию многоканальных лазеров и оптимизации параметров установки.

Известен способ измерения коэффициента усиления, основанный на просвечивании активной среды исследуемого лазера излучением вспомогательного зондирующего лазера. Излучение зондирующего лазера настраивают на отдельные переходы и определяют мощность или интенсивность прошедшего через активную среду излучения при создании в ней инверсной заселенности и без нее. По отношению сигналов находится величина коэффициента усиления. Для реализации способа необходимо иметь информацию о длине резонатора в активной зоне. В случаях волноводного лазера данная методика сталкивается со значительными трудностями, так как длина канала, в котором происходит усиление, не известна. Кроме того, в случае многоканальных лазеров технически сложно просветить сразу все каналы. Все это приводит либо к большой погрешности в определении коэффициента усиления, либо к увеличению общего времени измерения.

Известен метод измерения коэффициента усиления (КУ) в многомодульных лазерах, основанный на регистрации мощности излучения лазера, выбранный в качестве прототипа. Мощность измеряется при работе со всеми модулями и с половиной. К недостаткам способа можно отнести следующее: так как измеряется интегральная мощность, то методика не рассматривает спектральный состав излучения и не учитывается влияние волноводных составляющих излучения. Влияние спектрального состава обусловлено тем, что при работе на всех и половине модулей он может измениться. Так при работе на всех модулях, как правило, в излучении будет наблюдаться большее число переходов, чем на половине. Следовательно, если определяется величина коэффициента усиления на каком-либо одном переходе, а только она представляет интерес для исследователя, ошибка может быть уменьшена в два и более раз.

Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициента усиления.

Цель достигается направлением излучения на спектральный прибор, разложением его на спектральные составляющие,регистрацией интенсивностей отдельных спектральных компонент и нахождением на всех линиях спектра коэффициента усиления.

На чертеже показана принципиальная схема для реализации способа.

Устройство состоит из исследуемого лазера 1, селектора излучения 2, спектрального прибора 3, приемника излучения 4, системы обработки информации 5.

Принцип работы комплекса следующий. Включают лазер 1, выделяют требуемую часть выходного потока селектором 2 и направляют его на спектральный прибор 3, регистрируют отдельные компоненты спектра на приемнике 4 и обрабатывают на системе 5. Регистрацию спектра лазера проводят при работе со всеми модулями и половиной.

Пример использования метода в лазере ЛН-1, 2НМ-И1. Указанный лазер имеет 37 каналов с общей длиной резонатора 3,2 м. По длине одного канала расположено последовательно два разрядных канала с длиной резонатора 0,9 мВ. Используется следующая формула для вычисления коэффициента усиления:

K = где J и J₁ - интенсивности общих спектральных линий при работе со всеми модулями и с половиной;

r₁ и r₂ - коэффициент отражения зеркал резонатора;

L₁ и L₂ - длина резонатора, занимаемая модулями и половиной.

Коэффициент отражения и пропускания зеркал принимался 0,98 и 0,29, активная длина 1,8 и 0,9 м. При давлении 12 мм рт.ст. и токе 1 А получено значение коэффициента усиления на переходе Р18 1,50,2 м^-1. Погрешность в определении коэффициента усиления зависит от точности вычисления интенсивностей сигнала, абсолютной величины отношения интенсивностей и отношения суммарной длины активной зоны к длине ее половины. В cлучае приближения отношений интенcивноcтей и длины друг к другу погрешноcть может доcтигать 100% и более. Смысл измерения также пропадает, если отношение интенсивностей будет равно 1. Таким образом, ограничение метода не позволяет проводить измерения, если при отключении части длины резонатора она будет меньше 1/3 суммарной длины.

В случае применения методики определения коэффициента усиления по измерениям мощности абсолютные величины коэффициента усиления занижаются на величину до 50%. Кроме того, абсолютная погрешность изменяется на 20-30%.

Анализ методики показал, что для ее выполнения необходимо обеспечить как минимум идентичность усиления по отдельным модулям. В качестве рекомендации можно предложить использовать два соседних канала лазера, установив для них резонатор типа свертки.

Предложенный способ может быть использован в многоканальных лазерах для их оптимизации.