М.Е. Гусев, С.Л. Нарубин, И.В. Алексеенко, В.С. Гуревич*

Несмотря на прогресс в лазерной технике, рубиновые лазеры до сих пор являются одними из самых широко применяемых в голографии и голографической интерферометрии. Это обусловлено отсутствием необходимости удвоения частоты, а также возможностью эффективно управлять спектрально-временными параметрами в режиме модуляции добротности, добиваясь одномодовой одночастотной генерации или генерации ТЕМ_ooq-моды.

Вопросами стабилизации параметров рубиновых лазеров посвящено много работ. Впервые, пожалуй, термин “голографический лазер” как лазер, генерирующий ТЕМ_ooq-моду, был введен в работе [ 1] . Значительный вклад в развитие техники голографических лазеров внесли сотрудники ГОИ им. С.И. Вавилова [ 2, 3] и института электроники АН Белоруссии [ 4] .

Наши исследования проводились в сотрудничестве с ГОИ. Их целью было создание надежного двухимпульсного рубинового лазера для мобильного голографического измерительного комплекса УГНИ. В результате проведенных исследований и испытаний различных конструктивных решений в реальных условиях голографических измерений [ 5-8] было найдено техническое решение, удовлетворяющее требованиям, налагаемыми на эксплуатационные характеристики комплекса УГНИ, в отношении подвижности и стабильности голографического импульсного лазера. При этом анализировались и чисто голографические особенности регистрации импульсным лазером [ 9] .

Функциональная схема лазера приведена на рис.1. Лазер состоит из задающего генератора (элементы 1-6) и двух усилителей. Все элементы лазера изготовлены по специальному заказу на заводе “Матас” г. Вильнюса (Литва). Также по специальному заказу были изготовлены зеркала 1, 3, 7-9, 11 и эталоны 4 (завод “Эталон” г. Минск) и рубиновые стержни (ПО “Корунд” г. Дзержинск, Нижегородская обл.). Еще на стадии экспериментальных исследований выяснилось, что невозможно достичь строго одинаковых параметров рубиновых стержней для задающего генератора, и требуется индивидуальная подгонка параметров выходного зеркала 3, и внутрирезонаторной диафрагмы 6, поэтому были изготовлены выходные зеркала с коэффициентом отражения r = 17%, r = 34% и r = 50% и диафрагмы разного размера D˜ 2,0 - 3,0 мм. Для высокоточного позиционирования элементов 1, 3, 4, 6 были разработаны специальные держатели с микрометрическими юстировочными винтами. Держатели элементов 7-9 и 13 имели стандартные позиционирующие винты с мелким шагом резьбы, держатели квантронов 2, 10 также допускали позиционирование в 2-х плоскостях и по высоте и горизонтали. Это позволяло производить полную и эффективную юстировку лазерной системы, а также размещенного на этой же плите сотовой конструкции голографического интерферометра после установки всех элементов у потребителя, куда комплекс УГНИ доставлялся в разобранном виде. Элемент 7 предназначен для ввода в лазерную систему излучения непрерывного гелий-неонового лазера, а элемент 8 - для усиления возвращенного от зеркала 3 луча, предназначенного для юстировки усилителей и интерферометра. Эти элементы имели напыление на l =0,63 мкм, все остальные зеркала напылялись на l =0, 69 мкм, причем элементы 9 имели напыление, предназначенное для работы под углом a =45° . Квантроны 2 имели одну лампу накачки и кварцевый отражатель, квантрон 10 второго каскада усиления - двухламповый, с отражателем из матового стекла. В качестве ламп накачки использовались импульсные ксеноновые лампы типа ИСП-5000, либо ИНП 7/120 с максимальной энергией импульса 1000 Дж, которые для используемых квантронов были взаимозаменяемыми. Лампы ИНП 7/120 предпочтительнее как по надежности и долговечности, так и по удобству замены.

Все рубиновые стержни лазерной системы имели разные диаметры и концентрации ионов Gr³⁺. Длина всех элементов была 160 мм, размер активированной области - 120 мм, концы из лейкосапфира предназначались для крепления и гидроизоляции системы охлаждения. Стержни задающего генератора имели диаметр d_ст =4,0^+0,1 мм и массовую долю Cr³⁺, равную 0,030 ± 0,002 (ТУ № 6-09-36092); первый усилитель был диаметром d_ст =6,3^+0,1 мм, с массовой долей Cr³⁺, равной 0,040 ± 0,002, второй усилитель был диаметром d_ст =8,0^-0,1 мм, с массовой долей Cr³⁺, равной 0,045 ± 0,002. Стержни имели антипараллельный скос около 1° для предотвращения паразитной генерации на торцах.

Основной проблемой в управлении импульсами является сам процесс генерации излучения. Для оптимальной работы в области стробоголографической интерферометрии необходимо формирование импульсов с интервалом от 10 до 1000 мкс. При увеличении или уменьшении междуимпульсного интервала их энергетические характеристики начинают сильно отличаться друг от друга. Происходят потери энергии в импульсах, что в свою очередь сильно влияет на качество голограмм.

Необходимо, чтобы энергетические характеристики выходных импульсов были одинаковые. Это возможно при условии, если при формировании второго импульса система достигает той же инверсии населенностей, что и до начала генерации первого импульса. Опыт показывает, что одинаковые импульсы получаются при скважности 100 -500 мкс.

Создавая условия генерации так, что добротность системы Q будет находиться в пределах 0<Q<Qmax., мы тем самым снимаем инверсию населенностей не полностью. Продолжающийся процесс накачки позволяет активной среде достигнуть близкой по характеристикам инверсии относительно начальной накачки. Таким образом мы можем получить выходные энергетические параметры второго импульса близкие по значению к параметрам первого импульса. Следует отметить тот факт, что при таком подходе мы перераспределяем энергию излучения между двумя импульсами. Уменьшая энергию в первом импульсе, позволяем второму импульсу иметь достаточно высокие (соизмеримые) относительно первого импульса энергетические характеристики. Вышеизложенный способ управления импульсами позволяет нам расширить диапазон задержки между ними (10-1000 мкс.), что предоставляет дополнительные преимущества в исследовательской работе.