Сборник технических статей

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта
Главная Квантовая и оптическая электроника Лазеры. Методы частотной модуляции

Лазеры. Методы частотной модуляции

Печать

Модуляция электрическим полем

Данный метод модуляции основан на взаимодействии сильного поперечного электрического поля с активным веществом лазера. Наложенное на вещество поле вызывает расщепление энергетических уровней и, как следствие, дискретное изменение рабочей частоты излучаемых лазером колебаний. Величина изменения частоты зависит от интенсивности приложенного электрического поля. Для рубинового лазера соотношение между дискретным изменением частоты Δf и напряженностью электрического поля Е имеет вид

Следовательно, при наложении на кристалл рубина электрического поля, создаваемого модулятором, световое излучение будет промодулировано по частоте. Модуляция электрическим полем имеет ряд недостатков:

  • для широкополосной модуляции требуются сильные электрические поля, т. е. мощные модуляторы;
  • имеют место большие потери мощности модулирующих колебаний за счет рассеяния энергии в кристалле; КПД модуляторов вследствие этого невелик;
  • затруднено создание эффективной накачки, так как для получения сильного электрического поля кристалл рубина должен быть помещен в объемный резонатор, что затрудняет фокусировку на лазере света лампы накачки, расположенной вне резонатора;
  • частота излучаемых сигналов может изменяться только дискретно.

Модуляция магнитным полем

Модуляция магнитньм полем (эффект Зеемана) аналогична модуляции электрическим полем. В зависимости от величины и направления магнитного поля могут наблюдаться нормальный, аномальный, продольный и поперечный эффекты Зеемана. Величину дискретного изменения рабочей частоты лазера под воздействием магнитного поля можно найти из выражения


где е — заряд электрона; m — масса электрона.

Наиболее подходящими для частотной модуляции магнитным полем являются лазеры на фтористом кальции, легированном двухвалентными редкоземельными элементами. Наиболее удобны лазеры на фтористом кальции, легированном диспрозием, поскольку они легче позволяют получить непрерывное излучение и, кроме того, у этих лазеров ширина линии люминесценции меньше расстояния между продольными модами резонатора Фабри-Перо.

При использовании модуляции магнитным полем и применении кристаллов с плохо обработанными сферическими торцами была получена частотная перестройка в пределах 150 Мгц. Наряду с преимуществами модуляция магнитным полем обладает и недостатками, характерными для модуляции электрическим полем. Кроме того, высокая добротность резонаторов лазера ограничивает полосу частот модуляции.

Термическая модуляция

Частотную модуляцию также можно осуществлять изменением температуры активного вещества, приводящим к изменению разницы между энергетическими уровнями, которые определяют частоту излучаемых колебаний. Следовательно, меняя температуру активного вещества лазера, можно менять и его частоту. Так, при изменении температуры активного вещества лазера на рубине от -120 до +210°С длина волны излученных колебаний линейно менялась от 6934 до 6953 Ǻ. При этом приращение длины волны излучаемых колебаний на один градус равняется примерно 0,065 Ǻ.

Такое же явление наблюдается в полупроводниковых лазерах, излучение которых можно модулировать по частоте изменением температуры активного вещества.