автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Исследование и разработка частотно-стабилизированных лазеров для прецизионных измерений

На правах рукописи

ЧУДЯЕВА Елена Георгиевна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЧАСТОТНО-СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Специальность: 05.27.02 Вакуумная и плазменная электроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Рязань 2005

Работа выполнена в ГОУВПО «Рязанская государственная радиотехническая академия»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Арефьев Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Коротченко Владимир Александрович доктор фюин^Ьщ^^^шЛ^й^Ь

профессор СтЯанЯЯИИИИжМьевич. доктор физико-математических наук, Фофанов Яков Андреевич

Ведущая организация - ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений», г. Москва

Защита состоится «31» января 2006 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.211.03 в ГОУВПО Рязанской государственной

радиотехнической академии по адресу: 390005, г.Рязань, ул. Гагарина. 59/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО "РГРТА".

Автореферат разослан 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д 212.211.03. ------

д-р техн. наук, профессор ^Г Б.И. Колотилин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Повышение ' качества продукции неразрывно связано с совершенствованием средств контроля. Широкие перспективы в этом направлении открывает применение лазерных методов неразрушающего контроля и измерения линейных перемещений в измерительных системах. Основой многих из этих систем является лазерный интерферометр. Современные лазерные интерферометры с частотно-стабилизированными лазерами (ЧСЛ) зачастую являются самым эффективным, а иногда и единственным средством измерений, поскольку обеспечивают исключительно малую (10"6-И0~8) относительную погрешность измерения в диапазоне перемещений до нескольких десятков метров со скоростью перемещений до метра в секунду. Уникальные свойства лазерного излучения уже сегодня позволили создать в машиностроении длинномерные станки, быстродействующие прецизионные лазерные металлообрабатывающие центры с цифровым управлением, ряд контрольно-измерительных машин и др.

Лазерный интерферометр перемещений - это линейная измерительная система для абсолютного определения длины путем сравнения ее с длиной волны стабилизированного по частоте лазера. При этом исходной мерой является длина волны стабилизированного лазера. Существуют ряд нормативных документов и поверочная схема для передачи размера единицы длины волны от первичного эталона к рабочему средству измерений - частотно-стабилизированному лазеру. Схема включает государственный первичный эталон, рабочий эталон, образцовые и рабочие средства измерений. Первичным и рабочим эталонами являются лазеры, частота которых стабилизирована по внешней метановой ячейке поглощения или по насыщенному поглощению в йоде с погрешностью воспроизведения длины волны МО"12 и 3-10"" соответственно.

В качестве образцовых средств используются измерители длин волн, основанные на интерферометрическом сравнении опорной и испытуемой длин волн лазерного излучения. За опорную, как правило, принимается длина волны гелий-неонового частотно-стабилизированного лазера с

погрешностью воспроизведения частоты лазерного излучения 2-10'10. Особое место в этой схеме занимают рабочие средства измерений длины волны лазерного излучения - частотно-стабилизированные лазеры. К характеристикам этих лазеров предъявляются жесткие метрологические требования по значению длины волны лазерного излучения, погрешности ее воспроизведения и по стабильности оптической частоты в процессе длительной эксплуатации лазерных интерферометров.

Актуальность работы определяется тем, что она направлена на поиск и реализацию научно-технических решений, обеспечивающих серийный выпуск измерительных частотно-стабилизированных лазеров.

Цель и задачи работы

Цель работы состояла в исследовании и разработке частотно-стабилизированных лазеров как рабочих средств измерений для оснащения промышленных лазерных интерферометров.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие основные задачи:

- исследовать факторы, влияющие на долговременную стабильность частоты, и определить принципы, на основе которых возможно создание измерительных частотно-стабилизированных лазеров;

- разработать принципиально новые конструкции активных элементов лазеров, обеспечивающие необходимую и достаточную для лазерных интерферометров погрешность воспроизведения длины волны лазерного излучения;

- разработать конструкции одночастотного лазера и образцового средства измерений (ОСИ) 1-го разряда на основе ячейки поглощения в магнитном поле;

- модернизировать лазеры, стабилизированные по равенству интенсивностей ортогонально поляризованных мод;

- разработать двухчастотный зеемановский лазер со встроенным фотоприемным устройством;

разработать двухчастотный стабилизированный лазер с повышенной разностной частотой;

- разработать принципиально новые методы обработки результатов измерений частотных характеристик лазеров;

разработать аппаратуру, позволяющую находить частотные характеристики лазеров на этапе определения качества прибора;

- решить ряд конструктивных вопросов: снижение влияния обратного отражения, снижение уровня шумов в лазерном излучении, получение повышенной разностной частоты без заметного снижения мощности лазерного излучения и др.;.

- стандартизировать терминологию, разработать специализированные термины и методы измерения стабильности оптической частоты, разработать метрологическое обеспечение серийного выпуска частотно-стабилизированных лазеров.

Научная новизна

1. Предложен принцип формирования пучка лазерного излучения внутри резонатора одночастотного лазера, стабилизированного по внешней неоновой ячейке поглощения, основанный на использовании самоцентрирующихся зеркал, позволяющих улучшить характеристики выходного лазерного излучения и создать ОСИ 1-го разряда.

2. Теоретически обоснованы критерии оценки параметров системы управления лазерным излучением с внешней ячейкой поглощения, необходимые и достаточные для ОСИ 1-го разряда и рабочих средств измерения.

3. Для отработки критериев качества выпускаемых лазеров предложены методы автокорреляционного анализа, позволяющие выявить шумы в лазерном излучении и определить частотные характеристики лазера; создана необходимая специальная аппаратура.

4. Для двухчастотных лазеров предложен способ формирования фазоанизотропных зеркал с использованием зеркал с гофром или наведенной магнитным полем в зеркале фазовой анизотропией.

5. Улучшены эксплуатационные характеристики гелий-неонового лазера за счёт устранения стратовых колебаний в плазме разрядного промежутка путём повышения содержания кислорода в активной среде, что улучшило чистоту фронта импульса опорного сигнала и повысило дискретность отсчета в измерительной системе.

6. Показано, что определенная ориентация отражающих элементов в сочетании с активным элементом с устойчивыми поляризационными

характеристиками, полученными за счет подбора активной среды, снижает негативную роль обратных отражений в измерительной системе.

Достоверность и обоснованность основных результатов подтверждаются экспериментальными исследованиями, промышленным выпуском разработанных в диссертации приборов и эксплуатацией созданной установки для измерения параметров приборов.

Практическая значимость работы

Создан новый класс частотно-стабилизированных лазеров — рабочих средств измерений, применяемых в лазерных интерферометрах в составе технологических установок и контрольно-измерительного оборудования.

Разработана, аттестована и эксплуатируется измерительная установка для измерения длины волны и нестабильности частоты частотно-стабилизированных лазеров.

Предложен метод инженерного расчета характеристик частотно-стабилизированного лазера, обеспечивающий учёт совокупности дестабилизирующих факторов.

Технические решения, используемые при разработке лазеров, внедрены в НПО «Полярон» (г. Львов) и в ОАО «Плазма» (г. Рязань).

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Конструктивно-технологические принципы, положенные в основу созданных лазеров - рабочих средств измерения, позволяют получить заданное номинальное значение длины волны лазерного излучения с погрешностью воспроизведения не более 1х10"8мкм.

2.Разнесение частоты пульсаций тока разряда и рабочей частоты системы АПЧ (разностной частоты в двухчастотном лазере) на 10 - 20 %, повышает в несколько раз стабильность длины волны и фронт импульса. опорного сигнала разностной частоты излучения во временной области

3. Плазменные колебания (страты) практически полностью устраняются при добавлении кислорода в активную газовую среду в количестве 0,01 - 0,1 % от общего давления смеси, что повышает разрешающую способность измерительных систем за счет повышения

стабильности положения импульса опорного сигнала двухчастотного лазера во временной области в несколько раз (не менее чем в 2 раза).

4. Разностная частота в двухчастотных стабилизированных лазерах с внутренними зеркалами повышается не менее чем в 1,5 раза за счет использования фазоанизотропных зеркал (выполненных с различным коэффициентом преломления для ортогональных поляризаций) либо нанесением гофра на поверхность зеркала либо наведения фазовой анизотропии наложением магнитного поля.

5. Негативное влияние обратных отражений существенно (на порядок) снижается за счет использования активных элементов с устойчивыми поляризационными характеристиками и определенной ориентации конструктивных узлов лазера.

6. Новый подход в определении стабильности оптической частоты и дестабилизирующих факторов осуществляется за счет определения частотных характеристик лазерного излучения во временной области с помощью автокорреляционных функций и предложенной схемы оптического гетеродинирования. При этом дрейф и гармонические составляющие спектра излучения на фоне случайных шумов однозначно определяются смежными выборками частоты биений.

Личный вклад автора

Диссертация написана по материалам исследований, выполненных лично автором, при его непосредственном участии или под его научным руководством. Автором выполнены исследования, определившие защищаемые положения и методики. Соавторство относится, в основном, к практической реализации и выполнению части экспериментальных исследований.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на всесоюзн. межвуз. научн.-техн. конференции "Применение ОКГ в приборостроении, машиностроении и медицинской технике" 24-27 февраля 1976 г.; 1 межотраслевой научно-техн. конференции. Рязань, 1980; всесоюзн. научн.-техн. конференции «Метрологические проблемы в

микроэлектронике». Москва, 1981; всесоюзн. научн.-техн.конференции «Применение лазеров в науке и технике». Ленинград, 1980; всесоюзн. научн-техн. конференции "Метрологическое обеспечение частотных и спектральных характеристик излучения лазеров." Харьков, 1982; У1 всесоюзной конференции «Оптика лазеров». Ленинград, 1990; International Workshop on New Approaches to Hi-Tech Materials. St. Petersburg, Russia, ¡997; International Workshop on New Approaches to HiTech Materials. St. Petersburg, Russia, 1998; IX конференции по физике газового разряда. Рязань, 1998; Third International Workshop on New Approaches to Hi-Tech Materials: (NTDCS-99). St. Petersburg, Russia, 1999; X конференции по физике газового разряда. Рязань, 2000; Seventh International Conference on: Laser and Laser-Information Technologies, Proceedings of Spie. Suzdal, Russia, 2001; конференции «Лазеры для медицины, биологии и экологии». Санкт-Петербург. 27-28 ноября 2002 г.; конференции «Лазеры. Измерения. Информация». Санкт-Петербург. 5-6 июня 2002 г.; XI конференции по физике газового разряда. Рязань, 2002; конференции «Лазеры. Измерения. Информация». Санкт-Петербург. 5-6 июня 2005 г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений. Материал изложен на 255 страницах, включает 73 рисунка, 8 таблиц и список литературы из 151 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, выделены нерешенные научные проблемы, сформулированы цель и задачи диссертации. Приведены основные положения, выносимые на защиту, отмечена практическая значимость выполненных исследований.

Глава первая является обзорной. В ней по имеющимся публикациям рассмотрены методы стабилизации частоты лазерного излучения как одночастотных, так и двухчастотных стабилизированных лазеров. Отмечено, что лазеры первого поколения стабилизировались по характерным точкам кривой усиления либо поглощения. Из

рассмотренных методов стабилизации метод с применением переменного магнитного поля, наложенного на ячейку поглощения, позволяет получать необходимые и достаточные характеристики лазера как средства измерений. Для такого лазера не требуются высокие значения долговременной стабильности оптической частоты, часто получаемые модуляцией оптической длины резонатора. Вместе с тем модуляция нежелательна из-за связанного с ней увеличения кратковременной нестабильности частоты.

Появление активных элементов с внутренними зеркалами и новой элементной базы (мало дрейфующих операционных усилителей и др.) для систем автоподстройки частоты позволило осуществлять стабилизацию частоты по постоянному току. Например, такая стабилизация осуществляется в двухчастотном лазере с разностной частотой до 4 МГц фирмы Agilent, разработанном специально для интерференционных измерений и применяемом в качестве источника света в лазерных интерферометрах НР5525А, НР5526А, НР5529А и др. При этом использованы варианты схемы стабилизации по равенству интенсивностей ортогонально поляризованных мод, в частности с использованием жидкого кристалла для переключения поляризаций. В России серийно выпускается лазер ЛГН-212-1 с разностной частотой не более 2,2 МГц.

Анализ характеристик современных частотно-стабилизированных лазеров показал, что отечественные двухчастотные лазеры существенно уступают зарубежным по значению разностной частоты.

Описаны методы измерения длины волны лазерного излучения и нестабильности частоты. Наиболее перспективным является метод измерения нестабильности частоты во временной области путем статистической обработки данных измерения частоты биений между опорным и испытуемым лазерами. Метод обладает малой погрешностью измерения, позволяет автоматизировать измерительный процесс. Недостатком метода является то, что он не позволяет определить типы шумов, дестабилизирующих частоту лазерного излучения.

В заключительной части обзора литературы отмечается, что задачей предшествующих исследований частотно-стабилизированных лазеров являлось повышение стабильности оптической частоты. Для рабочих средств измерений частотно-стабилизированных лазеров, применяемых в

лазерных интерферометрах, не требуются рекордные значения этого параметра. Вместе с тем необходимо, чтобы параметры лазера не ухудшались в процессе срока службы. Требуется обоснование критериев необходимости и достаточности воспроизводимости длины волны для лазера как средства измерений.

Отмечено, что до выполнения настоящей работы отечественная промышленность не выпускала измерительные лазеры с большим значением разностной частоты, которые увеличивают скорость измерения перемещений и, следовательно, повышают производительность технологических и измерительных установок. Отсутствовало метрологическое обеспечение лазеров как средств измерений (лазерной установки, обеспечивающей измерение длины волны лазерного излучения с погрешностью до 8-го знака). Стабильность частоты определялась как усредненная по времени характеристика, тогда как в процессе измерений используются и мгновенные значения частоты (особенно для двухчастотных лазеров). Не были обоснованы критерии качества частотно-стабилизированных лазеров, поскольку параметр нестабильности частоты, определяемый по среднеквадратичному отклонению, не в полной мере отражал свойства лазеров.

На основе анализа литературных источников сформулированы указанные выше цель и задачи диссертационной работы.

Вторая_глава содержит результаты исследования

воспроизводимости длины волны и стабильности частоты измерительного лазера, стабилизированного по внешней ячейке поглощения.

Воспроизводимость длины волны лазера определяется воспроизводимостью репера и системы АПЧ. Соотношение для сигнала ошибки, полученное из условия модуляции коэффициента поглощения, позволяет определить сигнал ошибки при модуляции ячейки переменным напряжением, содержащим первую и вторую гармоники:

Iя 1

Я] = — / {&.У г[А$\п(со1 + /р) + Ы(5т 2ш + $</) + Д|//]} бш <аг<1со1, (1)

ж-я

где - сигнал ошибки; А - амплитуда первой гармоники напряжения; Дух - расщепление контура поглощения; О) - частота модуляции; (р -фазовый сдвиг, характеризующий запаздывание магнитного поля

относительно опорного сигнала, поступающего на фазовый детектор АПЧ; Jvi - отклонение частоты лазера от центра поглощения; к - отношение амплитуд 1-й и 2-й гармоник.

Полагая после вычисления интеграла aj = 0 , получаем равенство: кAvz sin(ч/-<р)

Д V/ =-*--——(2)

2 cos <р

Полученное соотношение определяет зависимость частоты лазера от фазовых сдвигов и амплитуды сигнала второй гармоники. Появление фазового сдвига в сигнале первой гармоники обусловлено нестабильностью частоты опорного генератора. Сигнал второй гармоники, появляющийся в результате искажения формы сигнала, поступающего с опорного генератора на соленоид, приводит к сдвигу частоты относительно центральной частоты контура поглощения.

Во втором разделе главы рассмотрен лазер, стабилизированный по другому принципу, в котором оптическим дискриминатором служат центр линии усиления и алгебраический сумматор. Нами обнаружены сдвиги частоты, определяемые нестабильностями элементов оптического дискриминатора. К таким лазерам относятся лазеры ЛГН-302, ЛГН-303, выпускаемые отечественной промышленностью. Расчет сдвигов частоты позволяет определить долговременную нестабильность частоты для лазеров, стабилизированных методом равенства ортогонально поляризованных мод.

Сдвиги частоты определяются из выражения:

8 =

а2 Д

5

2Д v 2 AvP0j

КФХЯХ / К2 - Кф2 ^

Кф\К\ /И2 + Кф2 '

где <5 - сдвиг частоты из-за разбалансов различной природы; Ау -расстояние между двумя ортогонально поляризованными продольными модами (640 МГц); КфУ и Кф2 - чувствительности фотоприемников; /?/ и - сопротивления нагрузки фотоприемников; а = 0,6 Л\Э - полуширина доплеровского контура (1500 МГц); Рз - относительная засветка; Ра — мощность лазерного излучения в одной из поляризованных мод в центре контура.

Соотношение (3) определяет зависимость частоты излучения в лазерах, стабилизированных по равенству ортогонально поляризованных

мод, от разбалансов различной природы. Из соотношения следует, что при исключении разбалансов длину волны лазера можно воспроизводить с точностью до восьмого знака, что позволяет выбрать этот метод стабилизации как наиболее приемлемый для РСИ.

Глава третья посвящена выбору конструктивных решений лазера как средства измерений, а также лазеров с внутренними зеркалами. В лазер, стабилизированный по внешней неоновой ячейке поглощения, по результатам теоретических исследований были внесены конструктивные изменения (повышена нестабильность опорного генератора). С целью повышения стабильности параметров лазерного излучения, а также увеличения надежности прибора в целом корпус предложенного резонатора выполнен неюстируемым с опорными выступами для зеркал, закрепленных во фланцах. Торцы опорных выступов выполнены сферическими с радиусом кривизны меньшим радиуса кривизны поверхности фланца, при этом поверхности фланца и зеркала имеют общий центр кривизны. Предложенные решения позволили повысить устойчивость оптического резонатора лазера к механо - климатическим воздействиям окружающей среды и обеспечили снижение собственного дрейфа частоты лазерного излучения из-за самопрогрева лазера.

Проведенные усовершенствования конструкции лазера, стабилизированного по внешней неоновой ячейке поглощения, позволили достичь воспроизводимости длины волны лазерного излучения не более 1хЮ8. Номинальное значение длины волны лазерного излучения составило 0,63299147 мкм за 1000 ч непрерывной работы лазера. Этот лазер был аттестован в качестве ОСИ 1-го разряда.

Рассмотрены условия существования устойчивой поляризации лазерного излучения. Основной причиной неустойчивости поляризации является конкуренция мод, которая приводит к перескоку поляризации в контуре усиления, что подтверждается экспериментально.

Для ослабления конкуренции мод предложено увеличить давление газовой смеси в активном элементе. При повышении давления газовой смеси в активном элементе с 2,8 Topp до 3,5 Topp естественная ширина линии существенно увеличивается. Повышается деполяризация атомов, уменьшается глубина провала Беннета, снижается вероятность перескоков

поляризации и обеспечивается возможность перестройки лазера в пределах всего контура линии излучения (рис. 1).

240

ИЗО

-а*

ч

■ЮНО -788JS -57?,Í -366,7 -155,6 0 55,5 268,5 47?,7 6SB.3 639,9 £,МГц

Рис.1. Зависимости интенсивности лазерного излучения одной из поляризаций от расстройки резонатора при давлении 2,8 Topp (1) и 3,5 Topp (2)

Эффективной мерой исключения перескоков поляризации (при малых коэффициентах усиления) является предложенное в работе наведение фазовой анизотропии в зеркалах путем намагничивания юстировочных узлов активного элемента, которое ведёт к возникновению поперечной составляющей магнитного поля на поверхности зеркала. Это способствует возникновению различных коэффициентов преломления по горизонтальной и вертикальной осям зеркала (фазовая анизотропия покрытий зеркал).

В двухчастотных лазерах с повышенной разностной частотой и поперечным магнитным полем предложено выполнять зеркала фазоанизотропными (зеркала с гофром). Оптическое излучение, проходя через слой с пазами, расщепляется на две ортогонально поляризованные компоненты из-за анизотропии показателей преломления покрытия зеркала в двух ортогональных направлениях. Это происходит потому, что при определенном соотношении шага пазов и длины волны падающая на зеркало по нормали световая волна не испытывает дифракции. В прошедшем в подложку и в отраженном от зеркала световом пучке присутствуют только нулевые порядки дифракции. В то же время набег

фазы волны, прошедшей слой с пазами, различен при двух положениях плоскости поляризации * падающего света: вдоль пазов и поперек. Диэлектрический слой с пазами влияет на световую волну так же, как фазовая пластина, одна из' осей анизотропии которой совпадает с направлением пазов. Для пазов с прямоугольным профилем разность фазовых набегов световой волны, отраженной от зеркала, с учетом двукратного прохождения фазоаиизотропного слоя составляет:

Д = -

я

»"= , 2 1 2. (4)

где А — высота паза; д/У; с1) - ширина паза; с! - шаг паза.

Расчет по соотношению (4) показал, что разность фазовых набегов в приемлемых для практики условиях в сочетании с магнитным полем достаточна для повышения разностной частоты до 4,1 МГц. Такое значение частоты получено в экспериментальном приборе при мощности лазерного излучения 0,5 мВт. Стабилизация длины волны лазера осуществлена по минимуму девиации частоты.

Технология изготовления зеркала с гофром требует дорогостоящего оборудования. Для упрощения технологии изготовления двухчастотного лазера с повышенной разностной частотой предложена конструкция лазера с продольным магнитным полем. Разностная частота Р(Н), зависящая от магнитного поля, определяется соотношением Беннета:

= 0.28^^• Д Ус[ехр(а2 ■ 5т(2а))-ехр(Ь2 ■ бш(2£))];

у0+у(Я). ь=у0~у(н\ (5)

0.6ДУд ' О.вАУ0

где уд - частота центра атомной линии; V — текущая частота лазерного излучения; Ауа — полуширина доплеровского контура; g(v) - усиление по энергии для гауссовой кривой; Лус — полоса резонатора (ширина резонансной кривой пустого резонатора); / — относительные потери резонатора, измеренные на уровне половинной интенсивности [при генерации потери равны усилению g(yJ]', ^(Н) — смещение частоты в зависимости от интенсивности магнитного поля.

Из формулы (5) следует, что значение разностной частоты определяется магнитным полем и соотношением усиления и потерь в активном элементе. Выражение в квадратных скобках, определяющее затягивание частоты к центру линии усиления, показывает, что существует ограничение в номинале разностной частоты, т.е. невозможно только усилением магнитного поля получить повышенное значение разностной частоты. Проблема решается за счет наложения магнитного поля на юстировочные узлы зеркал и аксиального магнитного поля ^активного элемента на покрытие зеркал таким образом, чтобы в покрытии создавалась фазовая анизотропия, обеспечивающая возрастание разностной частоты без снижения мощности излучения.

Наведенная в юстировочных узлах фазовая анизотропия резонатора определена экспериментально. Если на активную среду наложить поперечное магнитное поле и учитывать анизотропные потери пустого резонатора, то генерируемые активной средой электромагнитные ортогонально поляризованные волны будут разнесены по частоте на величину:

/ = о <£ ) , (6)

1 Ь Ж

где / — разностная частота; А - фазовая анизотропия пустого резонатора, обеспечивающая разность частот без учета влияния активной среды; сг(,'£) -анизотропия среды, вызванная магнитным полем.

Экспериментальные зависимости разностной частоты от расстройки резонатора, полученные при наложении и реверсировании поперечного магнитного поля (рис.2), подтверждают наличие наведённой фазовой анизотропии в покрытиях зеркал. Анизотропия различна для разных образцов активных элементов, что объясняется невоспроизводимостью их конструкции и технологии. Данные эксперимента показали, что наибольшая наведенная анизотропия составляет 0,002ы рад и даёт вклад в значение разностной частоты 1200 кГц. Теоретические и экспериментальные исследования разностной частоты позволили создать двухчастотный стабилизированный лазер со следующими основными техническими характеристиками.

F, МГц

Рис.2. Зависимость разностной частоты от расстройки резонатора для 4 активных элементов длиной 125 мм ; f„ - разностная частота при включении поперечного магнитного поля 36 мТл. 1,2,3,4 - номера активных элементов. Штриховые линии соответствуют одному направлению поля, сплошные - противоположному. Одно деление по оси абсцисс соответствует расстройке 200 МГц.

Технические характеристики двухчастотного стабилизированного лазера с повышенной разностной частотой

Параметр Значение

Спектральный состав Двухчастотный

Мощность лазерного излучения, мВт 0,4

Разностная частота в диапазоне, МГц 3,4 - 4,0

Нестабильность оптической частоты 1х10"ш

Нестабильность разностной частоты за 8 часов непрерывной работы lxlO"4

Уширение фронта импульса опорного сигнала < 1 %

В главе четвертой исследовано влияние различных факторов на воспроизводимость длины волны одночастотного лазера, стабилизированного по внешней неоновой ячейке поглощения (центр линии поглощения является репером). Исследована зависимость сдвига частоты лазерного излучения от давления неона в ячейке поглощения. Рассмотрено влияние состава газового наполнения на сдвиги оптической и разностной частот в двухчастотном стабилизированном лазере.

Экспериментально показано, что сдвиг частоты излучения в длинноволновую область спектра с ростом давления неона в ячейке поглощения до 6 Topp резко изменяется, а при давлении более 6 Topp остаётся сравнительно стабильным. Эффект объясняется тем, что сдвиг частоты прямо пропорционален давлению возбужденных и нейтральных атомов, а разность энергий между возмущающим и возмущаемым уровнями неона незначительна. Например, уровень 3S2 неона-20 и уровень 4Рб имеют разность энергий ДЕ = 1,7 см Так как уровень 4Р5 расположен выше рабочего уровня 3S2 , то его влияние приводит к искажению контура поглощения в ячейке и смещению поглощения в коротковолновую (синюю) область спектра. Это, в свою очередь, приводит к красному сдвигу в длинноволновую область спектра для выходного излучения, что подтверждается экспериментально. С ростом давления в области до 6 Topp число электронов нейтральных и возбужденных атомов возрастает, а затем электронная температура снижается, уменьшаются сечение взаимодействия и сдвиг.

Таким образом, по результатам исследований рекомендовано выбирать рабочее давление неона в ячейке поглощения близким к 6 Topp.

Содержание легкоионизуемых примесей в активной среде определяет появление плазменных колебаний, в частности - страт. Рассмотрены условия возникновения страт в положительном столбе активного элемента в рабочей области токов. Показано, что кислород является наилучшей добавкой, обеспечивающей подавление страт при сохранении достаточно высокой мощности излучения гелий - неонового лазера. Добавка кислорода способствует также повышению долговечности катода.

Распределение примесных атомов кислорода по длине разрядного промежутка можно определить из уравнения баланса атомов в элементарном объеме:

й—,+ац £ —+ 7- = 0, (7)

ах1 Лх а

где О - коэффициент диффузии; п - концентрация примеси; х - расстояние от катодного конца до капилляра; а - доля ионизованных примесных атомов; ¡л - подвижность примесных атомов; Е - составляющая электрического поля вдоль оси капилляра; т] - скорость газоотделения единицы внутренней поверхности капилляра; а - радиус капилляра.

Условие баланса даёт линейное дифференциальное уравнение:

(Р~п 1 йп л , Л гп

-Г-+-—=0, где ^ =--; Х = (8)

¿х2 € ¿х ацЕ аО

Источником примесных атомов являются только стенки капилляра, что позволяет записать граничные условия:

л1|х=0=0> "21*=/=0 и "1+п2~п0' гДе па~ концентрация примеси на оси разрядного промежутка.

Решение уравнения (8) даёт распределение концентрации примеси кислорода по длине разрядного промежутка (рис. 3), которое показывает, что кислород присутствует по всей длине капилляра. Эксперимент, проведённый с помощью спектрографа ИСП-51, подтвердил, что при добавлении кислорода в активную смесь в количестве 0.01 0.1% от общего давления смеси содержание примесных атомов в капилляре находилось примерно на таком же уровне. Кроме того, как показали исследования, кислород сохраняется в течение всего срока службы активного элемента.

Рис.3. Зависимость концентрации примеси кислорода в активном элементе от нормированной координаты разрядного промежутка 1 — х!I (/ - длина капилляра)

В главе пятой показано, что модуляция тока разряда активного элемента в стабилизированном одночастотном лазере, например в результате пульсаций тока, вызванных источником питания при попадании частоты пульсаций в полосу системы АПЧ, ухудшает стабильность длины волны излучения и может вывести систему АПЧ из зоны захвата. Как будет показано ниже, возмущения в активной среде, связанные с пульсациями тока разряда и стратами, приводят к ухудшению стабильности оптической и разностной частот и в двухчастогных лазерах.

При возмущениях тока разряда активного элемента с частотой, близкой к рабочей частоте системы АПЧ или кратной ей, возникают резкие ухудшения нестабильности длины волны лазерного излучения. Имеет место девиация частоты лазера с внешней неоновой ячейкой поглощения. Если частота лазера не совпадает с частотой репера, система АПЧ вырабатывает сигнал, компенсирующий рассогласование, что приводит к сдвигу частоты. Приведен расчет амплитуды девиации, которая при совпадении частот возмущающего и опорного сигналов превращается в сдвиг частоты. Формула для сдвига частоты имеет вид:

где 0.,п - ширина зеемановского расщепления; ки ~ 0,6 Лу^ -доплеровский параметр; /(/70 - глубина модуляции интенсивности.

Оценка по соотношению (9) показывает, что для получения воспроизводимости длины волны излучения измерительного лазера 1-10 8 пульсации тока разряда должны быть снижены до уровня не более 1 %. Кроме того, необходимо разнести частоту модуляции тока разряда и рабочую частоту системы АПЧ, а также принять меры для снижения уровня пульсаций в источнике питания.

Экспериментальные исследования проводились методом оптического гетеродинирования. В качестве опорного использовался вторичный эталон единицы длины волны, т.е. лазер, стабилизированный по насыщенному поглощению в йоде.

Вводилась принудительная модуляция тока разряда в диапазоне частот от 20 Гц до 6 кГц. Результаты измерений приведены на рис.4. Наблюдаются резкие всплески возрастания нестабильности частоты на частотах, равных рабочей частоте системы АПЧ или кратных ей. Степень увеличения нестабильности приблизительно линейно связана с глубиной модуляции тока разряда.

В двухчастотных лазерах важнейшей характеристикой является дискретность отсчета в измерительной системе, определяющая точность измерения лазерным интерферометром. Дискретность отсчета зависит от возможности деления импульса опорного сигнала на доли, что увеличивает требования к чистоте фронта импульса опорного сигнала, зависящего от пульсаций тока разряда. Чистота импульса определяется наличием страт в плазме активного элемента.

Эксперименты подтвердили необходимость и целесообразность разнесения частоты пульсаций источника питания и рабочей частоты системы АПЧ.

Модуляция тока разряда, вызванная стратами, приводит к сдвигам частоты как в одночастотном лазере, так и в двухчастотном лазере, стабилизированном по равенству интенсивностей ортогонально поляризованных мод.

л

{ А 1

2

~ 3

О 200 400 600 800 Гзг,Гц

Рис.4. Зависимость нестабильности частоты лазерного излучения от частоты модуляции тока разряда при глубине модуляции 3 % (1); 1 % (2); 0,55 % (3).

На рис.5 и 6 показаны зависимости частоты страт от тока разряда и уширение фронта импульса опорного сигнала. Уширением фронта импульса опорного сигнала называют отношение диапазона изменения фазы опорного сигнала во времени к периоду опорного сигнала.

Спектр страт содержит одну составляющую, что соответствует одночастотному режиму страт. Частота страт определяется наполнением и геометрией активного элемента. В нашем случае диаметр разрядного промежутка составлял 0,8 +0'5, длина капилляра 60 мм. Активный элемент наполнялся смесью гелия-3 и неона -20 в соотношении 9:1 до давления 4,0 мм рт.ст. При этих параметрах разрядного промежутка стратовые колебания отсутствовали лишь в области рабочих токов 4,0+ 0,2 мА, а также в области токов меньше 4,0 мА, но эта область токов имеет непологую зависимость от разрядного тока, поэтому уширение фронта импульса опорного сигнала в этой области токов снова возрастает. Столь малая область рабочих токов недопустима для устойчивой работы лазера в составе интерферометра, поскольку в течение срока службы лазера рабочий ток может увеличиваться до 5 мА. С целью устранения нежелательной частотной модуляции стратами в разряде в диссертации предложен способ повышения пороговых токов появления страт.

Экспериментально показано, что добавка кислорода в количестве от 0,01 до 1 % от общего давления смеси гелия и неона повышает пороговый ток до величины около 5 мА и не препятствует получению достаточной мощности излучения частотно-стабилизированного лазера в рабочей

Рис.5. Зависимость флуктуаций периода /1(/> опорного сигнала от тока разряда

Рис.6. Зависимость частоты страт от тока разряда (в области токов от 4,25 до 4,5 А страты не возникают)

В шестой главе рассмотрены влияния на сдвиги частоты обратных отражений от элементов оптической схемы лазера (фотоприемника) и элементов измерительной системы. Отражения от элементов измерительной системы обратно в лазер неизбежны, поскольку в настоящее время к выходному зеркалу лазера нередко присоединяется световод, от торцов которого излучение отражается в резонатор лазера.

Обратные отражения излучения называют оптической обратной связью, поскольку отраженное излучение поступает в лазер и ухудшает его характеристики. Качественно сущность влияния этого эффекта объясняется явлением интерференции отраженного и основного лучей на выходном зеркале резонатора. Промежуток, образованный выходным зеркалом лазера и дополнительным внешним отражателем, создает резонатор. Сдвиг частоты, обусловленный влиянием обратных отражений, определяется выражением :

0.18 Д1/„ ,

<5(£.) =-—1-1п

Д V

1 + Р гР з + 2 л/РгРз coskArtv 1 с)110 + Ал))

,(Ю)

1 + Р2Рз+2^Р2Рз COs((4Ä-V/C)/m)

где v = 4,75.1014 Гц - частота излучения; L\ - длина пути между отражателями для одной из поляризованных мод излучения; р2 -коэффициент отражения глухого зеркала; р3 - коэффициент отражения фотоприемника; Av= 640 МГц; Avü = 750 МГц - полная ширина линии на уровне половинного усиления; An - разность коэффициентов преломления двух ортогонально поляризованных мод в призме - расщепителе луча.

С целью снижения влияния обратных отражений усовершенствована конструкция одночастотных лазеров: изменены расстояние между фотоприёмником и глухим зеркалом и угол наклона фотоприёмника к направлению распространения пучка. Расстояние установлено кратным длине резонатора (23,5 мм при длине резонатора 235 мм в лазера ЛГН-302 и ЛГН-303), а угол - около 3°. Результаты измерений нестабильности частоты, проведенных в НПО «Полярон», г. Львов, показали, что для партии приборов ЛГН-302 нестабильность частоты уменьшилась более чем в 10 раз.

Разработан метод исследования спектра лазерного излучения, в том числе спектра, содержащего шум с гармонической составляющей. Рассчитаны типы автокорреляционных функций с учетом применяемой аппаратуры для четырех типов шумов (белого шума, дрейфа, «случайного блуждания» и белого шума с гармонической составляющей). Для получения массива данных частоты биений при построении автокорреляционных функций необходима непрерывная регистрация частоты биений. Для ее обеспечения была разработана установка.

Она содержит устройство оптического гетеродинирования для согласования волновых фронтов с целью увеличения соотношения сигнал -шум на входе фотоприемного устройства.

Устройство оптического гетеродинирования содержит систему регистрации частоты биения опорного лазера и измерительного, причем в каждом из каналов регистрации включены 2 частотомера для исключения «мертвого» времени в сигнале биений. Устройство обработки информации (УОИ) обеспечивает управление работой частотомеров, сбор информации о частоте биений, вычисление СКО, автокорреляционных функций, необходимых для исследования спектра флуктуации выходного излучения лазера. УОИ обеспечивает регистрацию частоты биений в полосе до 50 МГц при времени усреднения от 10"3 до 10 с.

На описанной выше установке предложенным методом корреляционного анализа исследовался спектр флуктуации частоты лазера, стабилизированного по внешней неоновой ячейке поглощения. В спектре флуктуаций частоты были выявлены следующие шумы: белый, гармонический, дрейф. Период гармонической составляющей равен нескольким секундам. Колебания частоты биений с таким периодом являются результатом флуктуаций тока разряда в активном элементе. Дрейф частоты лазерного излучения является преобладающим шумом в лазерах с внешними зеркалами.

Метод измерения характеристик нестабильности частоты лазерного излучения путем обработки сигнала во временной области позволил определить основные типы шумов в частотно-стабилизированных лазерах - дрейфы, а также гармонические составляющие. Время приближения автокорреляционной функции к нулю соответствует времени установления случайных процессов в лазере, и его следует принимать за время усреднения частотомера.

В этой же главе приведены результаты многолетних измерений длины волны лазерного излучения частотно-стабилизированных лазеров методом оптического гетеродинирования путем сравнения с лазером, стабилизированным по насыщенному поглощению в йоде.

По результатам проведенных измерений были построены гистограммы (рис.7 и 8), которые отображают распределение длины волны лазеров, выпущенных до и после 1996 г. Как видно из рис. 7 и 8,

распределение частоты лазерного излучения находится в соответствии с наполнением активных элементов. В коротковолновой области излучают лазеры, наполненные смесью с 8%-м содержанием неона-22 и к длинноволновой области следует отнести лазеры, наполненные смесью гелия с чистым изотопом неона-20.

Таким образом, для использования лазеров в качестве РСИ необходимо определять значение длины волны при выпуске лазера, поскольку номинальное значение и воспроизводимость длины волны лазера определяются наполнением (либо естественной смесью изотопов неона, либо изотопом неона-20), что соответствует различию в длинах волн порядка 2х10"7 мкм или частотному расстоянию для приборов с различным наполнением 150 -250 МГц

N, шт. 30 ---

25___

20---

15----

10---

5--

0

а

а

Л, ткт

0,63299006 0,63299007 0,63299008

0,63299009 0,632991010,63299102

Рис.7. Гистограммы числа выборок от длины волны лазерного излучения для одночастотных стабилизированных лазеров, наполненных смесью 3Не + 22%20Ые +8%22Ые (слева) и изотопом 20Ые (справа)

N. шт. 30 т--

25 20 15 10 5 0

А. ткт

0,63299131.. 0,63299135 0,63299147 Рис.8. Гистограмма для двухчастотных лазеров, наполненных изотопом 20Ке

Определение длины волны лазерного излучения с N ■.!

5 = ^

(11) (12)

Здесь 8 — невоспроизводимость длины волны лазерного излучения, X,- длина волны лазерного излучения, N - число выборок измеряемого процесса; Ду„ - случайная погрешность в определении частоты биений лазерного излучения, V: — значение частоты биений между йодным и испытуемым лазером, ДА, - систематическая погрешность определения длины волны лазерного излучения, ДХ$ - случайная погрешность в

X 1 и '

определении длины волны лазерного излучения, — — Уу, - разность

с N ых

длин волн между опорным и испытуемым лазерами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Создан новый ряд приборов - частотно-стабилизированных лазеров для прецизионных измерений, стабилизированных как по внешней ячейке поглощения, так и по равенству интенсивностей ортогонально поляризованных мод. Решена крупная научная проблема, имеющая важное народно-хозяйственное значение: созданы лазеры, предназначенные для использования в качестве рабочих средств измерений, освоено их промышленное производство.

2. Разработаны методы определения долговременной нестабильности длины волны излучения частотно-стабилизированных лазеров, пригодных для промышленной эксплуатации .

3. Сконструированы и защищены авторскими свидетельствами и патентами двухчастотные лазеры с повышенной разностной частотой на основе фазоанизотропных зеркал. Определено влияние магнитного поля различной ориентации на номинальное значение разностной частоты. Выработаны требования к конструкции излучателей, оптических дискриминаторов и систем АПЧ, что позволяет осуществлять обоснованное проектирование частотно-стабилизированных лазеров.

4. Исследованы поляризационно-частотные свойства активных элементов с внутренними зеркалами; показано, что требуемые характеристики активного элемента могут быть обеспечены подбором значения добротности резонатора и параметров газового наполнения.

5. Разработана и внедрена в производство прецизионная метрологическая установка для измерения длины волны и нестабильности частоты лазеров.

6. Разработан универсальный подход к проектированию частотно-стабилизированных лазеров, предназначенных для метрологических целей, в рамках которого установлена взаимосвязь сдвигов оптической частоты на выходе оптического дискриминатора с флуктуациями частоты излучения, обусловленными плазменными колебаниями в активном элементе; определены технологические режимы, позволяющие создавать измерительные частотно-стабилизированные лазеры с заданным уровнем флуктуации частоты излучения.

ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Гримблатов В.М., Теселкин В.В., Чуляева Е.Г. Перестройка частоты генерации аргонового лазера магнитным полем // Журнал прикладной спектроскопии. 1974. Т.ХХ1. Вып.З. Сентябрь. С.537-539.

2. Борисовский С.П., Власов А.Н., Верейкин В.А.,Чуляева Е.Г. Измерение стабильности и воспроизводимости частоты генерации газовых лазеров// Измерительная техника. 1977. №8. С.45-48.

3. Борисовский С.П., Костикова Р.В., Чуляева Е.Г. Исследование тонких металлических пленок в качестве селекторов частоты // Электронная техника. Сер. 11 Лазерная техника и оптоэлектроника. 1978. Вып.З. С.89-91.

4. Борисовский С.П., Чуляева Е.Г., Яковлев Ю.М. Одночастотные лазеры ЛГ-77 и ЛГ-149-1 // Электронная промышленность. 1980. №10. С.46.

5. Капралов В.П., Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Исследование стабильности длины волны излучения лазера с внешней неоновой поглощающей ячейкой // Квантовая электроника. 1980. Т.7. С. 1837.

6. Борисовский С.П., Чуляева Е.Г., Яковлев Ю.М. Одночастотные газовые лазеры ЛГ-77 и ЛГ-149-1 // Приборы и техника эксперимента. 1982. №2. С.224. АН СССР.

7. Паюров А.Я., Перебякин В.А., Чуляева Е.Г. Исследование спектра флуктуаций частоты излучения одночастотных стабилизированных лазеров //Автометрия. 1982. №2 . С.95-97.

8. Миронов A.B., Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Исследование влияния возмущений в активной среде на нестабильность частоты излучения стабилизированного лазера с внешней неоновой поглощающей ячейкой // Оптика и спектроскопия. 1982. Т.52. Вып.5. С.904-908.

9. Борисовский С.П., Козлов A.B., Крылов П.С., Маковеева Л.Я., Чуляева Е.Г. Установка для исследования одночастотных стабилизированных лазеров // Автометрия. 1983. №6. С.102-104.

10. Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Исследование воспроизводимости длины волны излучения гелий-неонового лазера с внешней неоновой ячейкой поглощения (0.63 мкм) // Оптика и спектроскопия. 1984. Т.57. Вып.5. С. 909-912.

11. Крылов П.С., Перебякин В.А., Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Отраслевое образцовое средство измерения длины волны излучения гелий-неоновых лазеров 1-го разряда // Метрологическая служба в СССР. 1983. Вып.З.

12. Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Влияние геометрии активного элемента на параметры излучения газоразрядных лазеров // Оптика и спектроскопия. 1984, Т.57. Вып.6. С.1056- 1059.

13. Борисовский С.П., Поляков С.Ю., Ханов В.А., Чуляева Е.Г., Яковлев Ю.М. Частотно-стабилизированные лазеры для интерференционных измерений // Обзоры по ЭТ. 1986. Cep.ll. Вып.4 (1182). М.: ЦНИИ «Электроника».

14. Власов А.Н., Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Влияние модуляции тока разряда на нестабильность частоты стабилизированного гелий-неонового лазера с внешней ячейкой поглощения // Оптика и спектроскопия. 1994. Т.76. Вып. 4. С. 677-680.

15. Chulyaeva Е. Two-frequency laser with improved difference frequency for interferometry measuring // International Workshop on New Approaches to High-Tech Materials. Nondestructive Testing and Computer Simulations in Materials. Science and Engineering. V.3.B.45. St.Petersburg. 1997. P.29-32.

16. Fedotov M.A., Chulyaeva E.G. Laser tube for frequency-stabilized laser // International Workshop on New Approaches to Hi-Tech in Materials 98 Nondestructive Testing and Computer Simulations in Materiales. Science and Engineering. Preprints Program. 8-12 June 1998. p. A17.

17. Chulyaeva E. Zeeman laser in collapse mode // International Workshop on New Approaches to High-Tech Materials. Nondestructive Testing and Computer Simulations in Materials Science and Engineering. 8-12 June. St.Petersburg. 1999. V.3. P.A9-A10.

18. Федотов M.A., Чуляева Е.Г. Влияние примеси кислорода на газовый разряд в гелий-неоновом лазере // Петербургский журнал электроники. 1999. №2. С.51-53.

19. Арефьев А.С., Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние примеси кислорода на частотные характеристики газового разряда в гелий- ¿ неоновом лазере // Известия Академии наук. Сер.Физическая. 2000. Т.64. №7. С. 1275-1281.

20. Арефьев A.C., Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние примеси кислорода на пороговые токи возникновения страт в активной среде гелий-неонового лазера // Вестник РГРТА. 1999. Вып.б. Рязань. С. 74-77.

21. Привалов В.Е., Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние возмущений в активной среде на нестабильность разностной частоты излучения лазера// Оптика и спектроскопия. 2000. Т.88. Вып.1. С.149-153.

22. Arefiev A.S., Mishin S.B., Chulyaeva E.G. Effekt of optical feedback on two- frequency mode characteristics of He-Ne laser // Laser and Laser - information Technologies. Proceedings of SPIE. V.4644. 200I.P.236-242.

23. Арефьев A.C., Кондрахин A.A., Чуляева Е.Г. Исследование поляризационно-частотных характеристик газового лазера в измерительных системах // Известия Академии наук. Сер.Физическая. 2003. Т. 67. №9. С. 1266-1269.

24. Арефьев A.C., Кондрахин A.A., Чуляева Е.Г. Исследование поляризационно-частотных характеристик газового лазера в измерительных системах // Вестник РГРТА. 2003. Вып.11. Рязань. С. 88-90.

25. А. с. 345878 (СССР). Способ стабилизации газа ионных оптических квантовых генераторов/ В.Ф. Быковский, В.С.Кухмистров, Л.В.Соболева, Е.Г.Чуляева .1972.

26. A.c. 511777 (СССР). Газовый оптический квантовый генератор/ Д.П.Бельский, В.М.Гримблатов, Е.П.Остапченко, Е.Г.Чуляева. 1975.

27. А. с. 797510 (СССР). Газовый лазер/ Г.Т. Тимошенко, А.К. Пушкарев , Е.Г.Чуляева . 1980.

28. A.c. 766498 (СССР). Газовый лазер/ В.И.Гордеев, А.Я.Паюров, В:А.Перебякин, Е.Г.Чуляева .1980.

29. A.c. 495011. Одночастотный оптический квантовый генератор/ С.П.Борисовский, Е.П. Остапченко, Л.В.Теняева, Е.Г.Чуляева. 1980.

30. A.c. 880209 (СССР). Устройство для измерения нестабильности частоты излучения лазеров/ Л.С.Жаворонкова, А.Я.Паюров, Е.Г.Чуляева. 1981.

31. А.с.1452421. Способ стабилизации частоты излучения /

B.Г.Гуделев, С.Ю.Поляков, И.С.Чуляев, Е.Г.Чуляева, В.М.Ясинский .1988.

32. A.c. 1403942. Двухчастотный стабилизированный лазер/

C.Ю.Поляков, И.С.Чуляев, Е.Г.Чуляева . 1988.

33. А. с. 1535307. Двухчастотный газовый лазер/ А.Н. Власов, С.Ю. Поляков, Г.Т. Тимошенко, И.С. Чуляев, Е.Г. Чуляева. 1988 .

34. A.c. 2639375. Двухчастотный стабилизированный газовый лазер /В.Н. Бельтюгов, С.Ю.Поляков, С.Г.Проценко, Ю.В.Троицкий, Е.Г.Чуляева. 1990.

35. A.c. 1572370. Частотно-стабилизированный газовый лазер/ Н.Н.Павлова, С.Ю.Поляков, И.С.Чуляев, Е.Г.Чуляева .1990.

36. Пат. №1407367 РФ МП К 4HOS/13. Частотно-стабилизированный газовый лазер/ Е.Г. Чуляева. Опубл. 1992. Бюл.№32.

37. Пат. №2239266 РФ МП К 4HOS/13. Двухчастотный стабилизированный лазер / С.П.Борисовский, А.А.Кондрахин, Е.Г. Чуляева. Приоритет 2003.

38. Пат. №2194346 РФ. Рабочая среда гелий-неонового лазера с холодным катодом/ С.П.Борисовский, М.А.Федотов, Е.Г.Чуляева.2003.

39. Пат. №2258991 РФ. Одночастотный гелий-неоновый лазер/ С.П.Борисовский, Е.Г.Чуляева. 2005.

40. Пат. №58136 РФ. Лазерный аппарат для терапии/ В.И Нистратов., Е.Г Чуляева. 2005.

41. Теселкин В.В., Чуляева Е.Г., Яковлев Ю.М. Измерение стабильности и воспроизводимости частоты генерации // Тезисы докладов на Всесоюзн. межвуз. научн.-техн. конф. М.: МВССО, МГП НТО ПРИБОР ПРОМ, МВТУ им. Н.Э. Баумана. М„ 1976. С.148.

42. Борисовский С.П., Верейкин В.А., Власов А.Н., Остапченко Е.П., Теселкин В.В., Чуляева Е.Г., Яковлев Ю.М. Исследование воспроизводимости частоты одночастотного стабилизированного лазера // Тезисы докладов и рекомендаций научн.-техн. конференций, совещаний, семинаров по электронной технике. Cep.ll. Лазерная техника и оптоэлектроника. Вып.1(47). М.: ЦНИИ «Электроника», 1980.

43. Козлов A.B., Чуляева Е.Г. Средство измерения длины волны и нестабильности частоты лазерного излучения// Всесоюзн. научн.-техн. конференция «Применение лазеров в науке и технике». Л., 1980.

44. Борисовский С.П., Чуляева Е.Г.," Яковлев Ю.М. Одночастотный стабилизированный 1 лазер, используемый в измерительных интерферометрах // Всесоюзн. научн.-техн. конференция «Применение лазеров в науке и технике». Л., 1980.

45. Борисовский С.П., Костикова Р.В., Чуляева Е.Г. Исследование тонких металлических пленок в качестве селекторов частоты // Тезисы докладов и рекомендаций конференций, совещаний, семинаров по электронной технике. Сер.4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. Вып.1(25). М.: ЦНИИ «Электроника» , 1974.

46. Борисовский С.П., Поляков С.Ю., Чуляева Е.Г. Двухчастотные стабилизированные лазеры для точных измерений // Тезисы докладов У1 всесоюзной конференции «Оптика лазеров» . Л., 1990.

47. Борисовский С.П., Маковеева Л .Я., Чуляева Е.Г., Яковлев Ю.М. Установка для измерения длины волны и нестабильности частоты// Тезисы докладов всесоюзн. научн.-техн. конф. «Метрологическое обеспечение измерений спектральных и частотных характеристик излучения лазеров». Харьков, 1982.

48. Козлов А.В., Поляков С.Ю., Чуляева Е.Г. Новая система стабилизации двухчастотных лазеров// Тезисы докладов всесоюзн. научн.-техн. конф. «Метрологическое обеспечение измерений спектральных и частотных характеристик излучения лазеров». Харьков, 1990.

49. Паршин А.В., Поляков С.Ю., Чуляева Е.Г. Устройство для регистрации частотных характеристик лазера// Тезисы докладов всесоюзн. научн.-техн. конф. «Метрологическое обеспечение измерений спектральных и частотных характеристик излучения лазеров». Харьков, 1990.

50. Чуляева Е.Г. Влияние плазменных колебаний на частотные характеристики зеемановского стабилизированного лазера // Тезисы докладов научн.-техн. конференции «Лазерная технология и средства ее реализации». СПб. 1997.

51. Chulyaeva Е. Theses of report a two-frequency laser with increased differense frequency used for interference measurements// International Workshop on New Approaches to Hi-Tech Materials 97. Nondestructive Testing and Computer Simulations in Material Science and Engineering (NTDCS-97). Program, abstracts. 9-13 June 1997. St. Petersburg, Russia. PA17.

52. Chulyaeva E. Research of Polarization-Frequency Properties of the lasers tubes with Internal Mirrors // International Workshop on New Approaches to Hi-Tech Materials 98. Nondestructive Testing and Computer

Simulations in Material Science and Engineering (NTDCS-98). Preprints &Program, 8-12 June, (1998). St. Petersburg, Russia.PAI8.

53. Chulaeva E Zeeman laser in collapse mode /,' Third International Workshop on New Approaches to Hi-Tech. Nondestructive Testing and Computer Simulations in Material Science and Engineering (NTDCS-99). Preprints &Program. 7-11 June. A9. Published by SPIE. St. Petersburg, Russia, 1999.

54. Арефьев A.C., Чуляева Е.Г., Панкратов E.H. Влияние шума газоразрядной плазмы на поляризационные характеристики активных элементов газовых лазеров // Тезисы докладов XI конференции по физике газового разряда. Рязань, 2002.С.78.

55. Арефьев А.С., Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние поверхности катода на переходные от таунсендовского разряда к тлеющему характеристики тока разряда // Тезисы докладов X конференции по физике газового разряда. Рязань, 2000.С.73.

56. Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние примесей кислорода на частотные характеристики газового разряда в гелий-неоновом лазере // Тезисы докладов IX конференции по физике газового разряда. Рязань,1998.С.73.

57. Арефьев А.С., Кондрахин А.А., Чуляева Е.Г. Исследование поляризационно-частотных характеристик газового лазера в продольном магнитном поле // Тезисы докладов конференции «Лазеры. Измерения. Информация». СПб., 8-9 июня 2002 .С.9.

58. Власов А.Н., Чуляева Е.Г. Совместная генерация на длинах волн 0,612 мкм и 0,633 мкм в частотно-стабилизированном гелий-неоновом лазере // Тезисы докладов конференции «Лазеры для медицины, биологии и экологии». Санкт-Петербург, 27-28 ноября 2002 г. С. 31-32.

59. Борисовский С.П., Власов А.Н., Чуляева Е.Г. Высокочувствительный бортовой газоанализатор метана // Тезисы докладов конференции «Лазеры. Измерения. Информация». Санкт-Петербург, 8-9 июня 2000 г. С. 34.

60. Vlasov A.N., Borisovsky S.P., Chulyaeva E.G. High-Sensitive Airborne Methane Gas Analyz // In International Conference on Lasers for Measurements and Information Transfer. Vadim E. Privalov. Editor, Proceedings ofSPIE. VI. 4316. 2000. P. 89-91.

61. Власов A.H., Перебякин В.А., Чуляева Е.Г. Определение корреляционной функции и спектральной плотности флуктуации частоты

излучения лазера по ряду значений его нестабильности частоты // Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение частотных и спектральных характеристик излучения лазеров." Харьков: ГК СССР по стандартам, Харьковское областное правление НТО Приборпром, НТО "Метрология", 1982.С.38-39.

62. Арефьев A.C., Керносов М.А., Кондрахин A.A., Чуляева Е.Г. Частотный сдвиг при наполнении активного элемента лазера смесью 3Не — 20Ые - J2Ne // Тезисы докладов конференции «Лазеры. Измерения. Информация». Санкт-Петербург. 5-6 июня 2005 г.

63. Технический отчёт № 2/10-74. Per. № 3357917. Рязань: НПО «Плазма», 1974. Повышение долговременной стабильности частоты серийно выпускаемого ОКГ ЛГ-159/ С.П. Борисовский, А.Н. Власов, В.А. Верейкин, Р.В. Костикова, Е.Г. Чуляева.

64. . Технический отчёт № 80/110-76. Per. № Ф04958. Рязань: НПО «Плазма», 1976. Модернизация прибора ЛГ-149 с целью повышения его долговечности до 3000 ч и сохраняемости до 2-х лет/ С.П. Борисовский,

A.Н. Власов, Р.П. Самсонова, Н.В. Рынина, P.E. Шустова, Е.Г. Чуляева.

65. Технический отчёт № 59/110-82. Per. № Ф12495/0000468. Рязань: НПО «Плазма», 1982. Модернизация прибора ЛГ-149т1 с целью повышения стабильности его частоты/ С.П. Борисовский, А.Н. Власов,

B.А. Кокорев, Л.Я. Маковеева, М.Н. Мишустина, H.H. Павлова, B.C. Трусов, Е.Г. Чуляева.

66. Технический отчёт № 37/110-84. Per. № Ф20259/3002935. Рязань: НПО «Плазма», 1984. Разработка одночастотного лазера для многоцелевых лазерных информационных . комплексов контроля кинематической точности оборудования и качества прецизионных деталей взамен лазеров ЛГ-77 и ЛГ-301/ И.В. Агеева, А.Н. Власов, В.И. Гордеев, Л.В. Мишков, Н.П. Павлова, С.Ю. Поляков, Е.Г. Чуляева, Ю.М. Яковлев.

67. Технический отчёт № 46/110-81. Per. № Ф09417/80021127. Рязань: НПО «Плазма», 1981. Разработка методики и аппаратуры аттестации одночастотных газовых лазеров/А.Н. Власов, A.B. Козлов, Л.С. Жаворонкова, Е.Г. Чуляева.

Соискатель

Чуляева Е.Г.

Чуляева Елена Георгиевна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЧАСТОТНО-СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Подписано в печать Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 2.0 Уч. — изд. л. 2.0. Тираж 100 экз.

Рязанская государственная радиотехническая академия 391000, Рязань, ул. Гагарина, 59/

ВВЕДЕНИЕ.

Глава1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Классификация методов стабилизации.

1.2. Стабилизация частоты в одночастотном режиме работы лазера.

1.2.1. Лазеры со стабилизацией частоты по провалу Лэмба.

1.2.2. Лазеры со стабилизацией частоты по внешней ячейке поглощения.

1.3. Стабилизация в двухчастотном режиме работы.

1.3.1. Лазеры со стабилизацией частоты по равенству интенсивностей двух ортогонально поляризованных мод.

1.3.2. Лазеры, стабилизированные путем использования эффекта Зеемана в продольном магнитном поле.

1.3.3. Лазер с фазоанизотропным резонатором.

1.4. Анализ методов измерения длины волны, воспроизводимости и стабильности частоты.

1.5. Применение частотно-стабилизированных лазеров в лазерном интерферометре перемещений.

Повышение качества продукции неразрывно связано с обеспечением единства и точности измерений и средств контроля. Широкие перспективы в этом направлении открывает применение лазерных методов неразрушающего контроля в лазерных измерительных системах.

Так, применение лазерных интерферометров в микроэлектронике при изготовлении фотошаблонов позволяет получить разрешение до 0,3 мкм и изготавливать БИС (большие интегральные схемы) и СБИС (сверхбольшие интегральные схемы) с минимальными размерами элементов топологии до 0.1 мкм и менее, допускает сопряжение с цифровыми устройствами обработки измерительной информации и осуществление автоматизации контроля.

Параметры лазеров, входящих в состав измерительных интерферометров, радикальным образом влияют на точностные характеристики устройств - средств измерения. Такие лазеры, согласно ГОСТ 24453-80, могут быть выделены в особый класс излучателей метрологического назначения -измерительные лазеры, т.е. источники оптического излучения с нормированными метрологическими характеристиками. Они должны быть аттестованы по длине волны в соответствие с международными рекомендациями. Однако, отсутствие общего метрологического обеспечения (на момент написания диссертации) производства измерительных лазеров, необходимого для аттестации лазеров по длине волны, сдерживает широкое внедрение лазеров в народное хозяйство.

На настоящий момент проведены работы по созданию метрологического обеспечения промышленного производства лазеров, предназначенных для измерений. С целью обеспечения единства измерений была создана единая поверочная схема ГОСТ 8.101-80 [1,2] для средств измерений длин волн в диапазоне 0.186-50мкм. Указанный ГОСТ 8.101-80 имеет ветвь поверочной схемы для передачи размера единицы длины волны лазерам - рабочим средствам измерения, входящим в лазерные измерители перемещений в качестве источника излучения. В соответствии с поверочной схемой рабочим эталоном для узкой области спектроскопии является лазер, стабилизированный по насыщенному поглощению в иоде. В качестве образцовых и рабочих средств измерения поверочная схема предусматривает частотно-стабилизированные лазеры.

Гелий-неоновый лазер, излучающий на длине волны 0,63 мкм, принадлежит к наиболее часто применяемым в интерферометрии газовым лазерам; этот лазер удобен при проведении измерений, так как позволяет получить наиболее высокие значения стабильности частоты лазерного излучения. Нестабильность частоты даже нестабилизированного гелий-неонового лазера составляет 3x10"6, тогда как полупроводникового 10"*. Наилучшие достигнутые значения нестабильности частоты для твердотельного лазера с диодной накачкой не лучше, чем ЗхЮ-7 [3], полупроводникового 10"4, тогда как в гелий-неоновом стабилизированном лазере типичная нестабильность оптической частоты 1x10-8.

Относительно низкая мощность лазерного излучения достаточна для многих применений лазера. К числу других преимуществ лазера относится то, что гелий-неоновый лазер имеет несложную конструкцию. В нем выделяется небольшая мощность, легко рассеиваемая естественным путем. Давление в лазере остается стабильным в течение срока службы, что существенно для обеспечения воспроизводимости длины волны лазерного излучения. Для лазеров, применяемых в интерферометрах, такие требования, как простота конструкции, высокая надежность, воспроизводимость длины волны лазерного излучения от образца к образцу и от включения к включению являются основными. Кроме того, динамично развивающийся рынок постоянно предъявляет все более высокие требования не только к стабильности оптической частоты, но и к другим частотным характеристикам лазера, таким, как стабильность разностной частоты и «чистота» импульса опорного сигнала, повышенное значение разностной частоты (для двухчастотных стабилизированных лазеров). Именно на этом пути (создание двухчастотных стабилизированных лазеров с повышенной разностной частотой) открываются перспективы создания быстродействующих измерительных систем на их основе и, соответственно, повышение производительности технологического оборудования для микроэлектроники.

Диссертационная работа посвящена важной научной проблеме - созданию нового класса приборов - измерительных лазеров и исследованию характеристик лазерного излучения частотно-стабилизированных лазеров. Именно восполнение неиспользованных к началу работы возможностей в части создания новых по техническим характеристикам, в первую очередь, метрологическим, лазеров, выдвинуло эту проблему. Разработка системного подхода и новых конструкций при создании частотно-стабилизированных измерительных лазеров, а также модернизация существующих конструкций являлись актуальными задачами.

Реализация поставленной проблемы вызвана необходимостью решения широкого круга задач, в ходе решения которых были разработаны новые элементы конструкции лазеров, новые методы стабилизации, новые активные среды, в том числе, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, и разработаны методы инженерного расчета параметров конструкций и составных частей частотно-стабилизированных лазеров. В рамках работы выполнены теоретические и экспериментальные исследования лазеров с внутренними зеркалами и лазеров с ячейками поглощения. В диссертационной работе решены следующие важные народно-хозяйственные и научно-технические задачи метрологического обеспечения производства измерительных лазеров:

1-создана поверочная установка для измерения длины волны и нестабильности частоты лазерного излучения; 2 - разработаны методики измерения длины волны лазерного излучения; 3 - разработаны нормативные документы (ОСТ, ГОСТ, ТУ), 4 - решен ряд конструкторских вопросов: снижение влияния обратного отражения, снижение уровня шумов в лазерном излучении, получение повышенной разностной частоты без заметного снижения мощности лазерного излучения.

Решение научно-технической проблемы - создание новых типов частотно- стабилизированных лазеров, а также установки для измерения частотных характеристик этих лазеров потребовало глубоких теоретических экспериментальных исследований, постановки большого количества научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Научные исследования, определившие содержание работы, проводились в соответствие с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Министерства электронной промышленности СССР, а в последние годы для решения насущных проблем в ряде отраслей промышленности России, прежде всего в микроэлектроние.

Материалы диссертационной работы докладывались на 18 отраслевых, межотраслевых, Всесоюзных и международных конференциях. Результаты диссертационной работы использованы в 7 научно- исследовательских и опытно-конструкторских работах; по полученным в диссертации результатам осуществлено более 60 публикаций, в том числе получено 16 авторских свидетельств и патентов.

Метрологическая установка и приборы, разработанные и модернизированные автором диссертации, на протяжении многих лет использовались и используются для измерения метрологических характеристик в лазерах (JIT-149-1, ЛГН-302, ЛГН-212-М.) Результаты диссертационных исследований были использованы при создании и модернизации приборов ЛГ-149, JITH-303, и ряда других частотно-стабилизированных лазеров.

Разработанный прибор ЛГ—149—1 демонстрировался на ВДНХ СССР и был награжден серебряной медалью, а также аттестован, как изделие высшей категории качества.

Крупную научно-техническую проблему

- создание класса лазеров для прецизионных измерений, удалось решить благодаря проведенным исследованиям и выявлению ряда закономерностей, основные из которых сформулированы в виде научных положений, выносимых на защиту.

Научная новизна

1. Предложен принцип формирования пучка лазерного излучения внутри резонатора одночастотного лазера, стабилизированного по внешней неоновой ячейке поглощения, основанный на использовании самоцентрирующихся зеркал, позволяющих улучшить характеристики выходного лазерного излучения и создать ОСИ 1-го разряда.

2. Теоретически обоснованы критерии оценки параметров системы управления лазерным излучением с внешней ячейкой поглощения, необходимые и достаточные для ОСИ 1-го разряда и рабочих средств измерения.

3. Для отработки критериев качества выпускаемых лазеров предложены методы автокорреляционного анализа, позволяющие выявить шумы в лазерном излучении и определить частотные характеристики лазера; создана необходимая специальная аппаратура.

4. Для двухчастотных лазеров предложен способ формирования фазоа-низотропных зеркал с использованием зеркал с гофром или наведенной магнитным полем в зеркале фазовой анизотропией.

5. Улучшены эксплуатационные характеристики гелий-неонового лазера за счёт устранения стратовых колебаний в плазме разрядного промежутка путём повышения содержания кислорода в активной среде, что улучшило чистоту фронта импульса опорного сигнала и повысило дискретность отсчета в измерительной системе.

6. Показано, что определенная ориентация отражающих элементов в сочетании с активным элементом с устойчивыми поляризационными характеристиками, полученными за счет подбора активной среды, снижает негативную роль обратных отражений в измерительной системе.

Достоверность и обоснованность основных результатов подтверждаются экспериментальными исследованиями, промышленным выпуском разработанных в диссертации приборов и эксплуатацией созданной установки для измерения параметров приборов.

Практическая значимость работы

Создан новый класс частотно-стабилизированных лазеров - рабочих средств измерений, применяемых в лазерных интерферометрах в составе технологических установок и контрольно-измерительного оборудования.

Разработана, аттестована и эксплуатируется измерительная установка для измерения длины волны и нестабильности частоты частотно-стабилизированных лазеров.

Предложен метод инженерного расчета характеристик частотно-стабилизированного лазера, обеспечивающий учёт совокупности дестабилизирующих факторов.

Технические решения, используемые при разработке лазеров, внедрены в НПО «Полярон» (г. Львов) и в ОАО «Плазма» (г. Рязань).

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Конструктивно-технологические принципы, положенные в основу созданных лазеров - рабочих средств измерения, позволяют получить заданное номинальное значение длины волны лазерного излучения с погрешностью воспроизведения не более IxIOAikm.

2.Разнесение частоты пульсаций тока разряда и рабочей частоты системы АПЧ (разностной частоты в двухчастотном лазере) на 10-20 %, повышает в несколько раз стабильность длины волны и фронт импульса опорного сигнала разностной частоты излучения во временной области

3. Плазменные колебания (страты) практически полностью устраняются при добавлении кислорода в активную газовую среду в количестве 0,01 -ОД % от общего давления смеси, что повышает разрешающую способность измерительных систем за счет повышения стабильности положения импульса опорного сигнала двухчастотного лазера во временной области в несколько раз (не менее чем в 2 раза).

4. Разностная частота в двухчастотных стабилизированных лазерах с внутренними зеркалами повышается не менее чем в 1,5 раза за счет использования фазоанизотропных зеркал (выполненных с различным коэффициентом преломления для ортогональных поляризаций) либо нанесением гофра на поверхность зеркала либо наведения фазовой анизотропии наложением магнитного поля.

5. Негативное влияние обратных отражений существенно (на порядок) снижается за счет использования активных элементов с устойчивыми поляризационными характеристиками и определенной ориентации конструктивных узлов лазера.

6. Новый подход в определении стабильности оптической частоты и дестабилизирующих факторов осуществляется за счет определения частотных характеристик лазерного излучения во временной области с помощью автокорреляционных функций и предложенной схемы оптического гетероди-нирования. При этом дрейф и гармонические составляющие спектра излучения на фоне случайных шумов однозначно определяются смежными выборками частоты биений.

Личный вклад автора

Диссертация написана по материалам исследований, выполненных лично автором, при его непосредственном участии или под его научным руководством. Автором выполнены исследования, определившие защищаемые положения и методики. Соавторство относится, в основном, к практической реализации и выполнению части экспериментальных исследований.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на всесо-юзн. межвуз. научн.-техн. конференции "Применение ОКГ в приборостроении, машиностроении и медицинской технике" 24-27 февраля 1976 г.; 1 межотраслевой научно-техн. конференции. Рязань, 1980; всесоюзн. научн-техн. конференции «Метрологические проблемы в микроэлектронике». Москва, 1981; всесоюзн. научн.-техн.конференции «Применение лазеров в науке и технике». Ленинград, 1980; всесоюзн. на-учн-техн. конференции "Метрологическое обеспечение частотных и спектральных характеристик излучения лазеров." Харьков, 1982; У1 всесоюзной конференции «Оптика лазеров». Ленинград, 1990; International Workshop on New Approaches to Hi-Tech Materials. St. Petersburg, Russia, 1997; International Workshop on New Approaches to Hi-Tech Materials. St. Petersburg, Russia, 1998; IX конференции по физике газового разряда. Рязань, 1998; Third International Workshop on New Approaches to Hi-Tech Materials: (NTDCS-99). St. Petersburg, Russia, 1999; X конференции по физике газового разряда. Рязань, 2000; Seventh International Conference on: Laser and Laser-Information Technologies, Proceedings of Spie. Suzdal, Russia, 2001; конференции «Лазеры для медицины, биологии и экологии». Санкт-Петербург. 27-28 ноября 2002 г.; конференции «Лазеры. Измерения. Информация». Санкт-Петербург. 5-6 июня 2002 г.; XI конференции по физике газового разряда. Рязань, 2002; конференции «Лазеры. Измерения. Информация». Санкт-Петербург. 5-6 июня 2005 г.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений. Материал изложен на 247 страницах, включает 73 рисунка, 8 таблиц и список литературы из 150 наименования.

6.5. Выводы

1 .Показано, что определенная ориентация отражающих элементов в сочетании с активным элементом с устойчивыми поляризационными характеристиками , снижает негативную роль обратных отражений в измерительной системе.

2. Конструктивно-технологические принципы, положенные в основу созданных лазеров - рабочих средств измерения, позволяют получить заданное номинальное значение длины волны лазерного излучения с погрешностью воспроизведения не более ±1x10 мкм.

3. Впервые определено номинальное значение длины волны лазерного излучения и погрешность ее воспроизведения для промышленно выпускаемых лазеров.

4. Для лазеров типа ЛГН-302 номинальное значение длины волны лазерного излучения и значение воспроизведения длины волны излучения лазера от образца к образцу составляют 0.6329909443 - 0.63299117,1х10*7.

5. Для лазеров типа ЛГН-212-1 и его модификаций номинальное значение длины волны лазерного излучения и значение воспроизведения длины волны излучения лазера от образца к образцу составляют 0.63299133 -0.632899143, ±10"8.

6. На базе проведенных исследований разработан лазер - образцовое средство измерения 1-го разряда, представлявшее собой часть поверочной схемы ГОСТ 8.101 - 80. С помощью этого лазера были аттестованы по длине волны лазеры ЛГ-149-1 и ЛГ-32, ЛГ-159 [123]

7. Впервые определена длина волны лазерного излучения лазера с повышенной разностной частотой в диапазоне 0.63299135 - 0.63299137 и погрешностью воспроизведения ±1X10 , что обеспечивается конструкцией и наполнением активного элемента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные итоги диссертационной работы состоят в создании и исследовании частотно-стабилизированных лазеров, в том числе с повышенной разностной частотой, и решении крупной научной проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение - создание комплекса метрологического обеспечения выпуска частотно-стабилизированных лазеров, а также методов и средств измерения их характеристик, освоение их в производстве. Научная ценность диссертации состоит в том, что:

- созданы новые частотно-стабилизированные лазеры - средства измерения длины волны лазерного излучения, предназначенные для промышленных установок,

- предложены и развиты инженерные методы расчета частотно-стабилизированных He-Ne лазеров метрологического назначения;

- обоснованы и реализованы методы улучшения характеристик частотно-стабилизированных лазеров, исследованы процессы стабилизации частоты излучения под воздействием внешних и внутренних дестабилизирующих факторов;

Практическая ценность работы заключается:

- в разработке метрологического обеспечения выпуска лазеров-средств измерений и калибровки частотно-стабилизированных лазеров, позволяющих существенно повысить их надежность и стабильность частоты He-Ne лазеров, работоспособность которых подтверждена теоретическими и экспериментальными исследованиями, защищена публикациями, в том числе авторскими свидетельствами и патентами;

- в разработке частотно-стабилизированных He-Ne лазеров- рабочих средств измерения метрологического назначения, в том числе с повышенной разностной частотой.

- во внедрении в аппаратуру ряда типов частотно-стабилизированных лазеров, что позволило от их использования получить существенные технические и экономические результаты. Основные результаты диссертационной работы более детально могут быть сформулированы следующим образом:

1. Создан новый ряд приборов - частотно-стабилизированных лазеров для прецизионных измерений, стабилизированных как по внешней неоновой ячейке поглощения, так и по равенству интенсивностей ортогонально поляризованных мод. Решена крупная научно-техничекая проблема, имеющая важное народно-хозяйсивенное значение: созданы промышленные лазеры -рабочие средства измерения, освоено их промышленное производство

2. Впервые сконструированы двухчастотные лазеры с повышенной разностной частотой на основе фазоанизотропных зеркал, конструктивные решения которых защищены авторскими свидетельствами и патентами. Показано влияние аксиального и неаксиального магнитного поля на номинальное значение разностной частоты. Выработаны требования к конструкции излучателей, оптических дискриминаторов и систем АПЧ, что позволяет осуществлять оптимальное проектирование частотно-стабилизированных лазеров.

4. Предложен и реализован метод исследования нестабильности оптической частоты лазерного излучения в частотной области путем обработки сигнала во временной области с использованием разработанной схемы оптического гетеродинирования.

5.Исследованы поляризационно-частотные свойства активных элементов с внутренними зеркалами, показано, что изменение добротности резонатора и наполнение могут обеспечить требуемые характеристики.

6.Разработаны лазеры метрологического назначения, стабилизированные методом как терморегулирования длины резонатора, так и другими методами в которых применены проведеные исследования их характеристик в реальных условиях эксплуатации при использовании их в научных исследованиях и промышленности.

7.Разработан универсальный подход к проектированию частотно- стабилизированных лазеров предназначенных для метрологических целей.

1. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений длин волн в диапазоне от 0.186 до 30 мкм для спектроскопии. ГОСТ 8.101-80 . М., 1980.

2. Государственная поверочная схема для средств измерения длины в диапазоне 1x10-6 50 м и длин волн в диапазоне 0.2 - 50 мкм. МИ 2060-90 . М. 1991г. (Рекомендация).

3. Дьякова Ю.Г., Куратьев И.И., Мирошниченко Т.А. Твердотельные лазеры с накачкой лазерными диодами перспективные источники когерентного излучения.// Обзоры по электронной технике - М., ЦНИИ" Электроника" . 1989. Серия 11. Вып. 6 (1482). С. 72 .

4. Власов А.Н., Перебякин В.А., Привалов В.Е. Стабилизированные гелий-неоновые лазеры с внутренними зеркалами. // Обзоры по электронной технике М., ЦНИИ «Электроника». 1986 - Серия 11. Вып. 7 (1205).-50 с.

5. Привалов В.Е. Газоразрядные лазеры в измерительных комплексах. -Л.: Судостроение, 1989. 264 с.

6. Привалов В.Е. Газоразрядные лазеры в судовых измерительных комплексах. -Л.: Судостроение, 1977. 150 с.

7. Shimoda X. and Javan A. Stabilization of the He-Ne Laser on the atomic line center. // J. Appl. Phys.- 1965. Vol. 46. - P. 717-726.

8. Чеботаев В.П. Использование сверхузких резонансов в спектроскопии и для стабилизации частоты газовых лазеров. Квантовая электроника, 1978, т. 5, №9, с. 2004-2014.

9. Троицкий Ю.В. Оптимизация и сравнение характеристик оптических интерференционных дискриминаторов.// Квантовая электроника. -1978. Т. 5, №5, с. 1101-1106.

10. BodlayV. Frequenzstabilisirung des He-Ne Lasers mit einer ausseren Ne-absorptionsrohre im magnetischen Wechselfeld- Frequenz, 1969, 23, №3, s.92-94.

11. Cerez P. He-Ne Laser stabilized by saturated absorption in iodine at 612 nm. IEEE Trans. Instrum. and Meas., 1980, v.29, №4, p.352-354.

12. Пак П.Е., Привалов B.E., Фофанов А .Я. Гелий-неоновый лазер (0,63 мкм), стабилизированный без девиации частоты. Оптика и спектроскопия, 1981, т. 51, вып. 1, с. 10-12.

13. Ciddor Р.Е. and Duffy R.M. Two-mode frequency stabilized He-Ne (633 nm) lasers: studies of short and long-term stability. J. Phys. E: Sci. Instruments, 1983, v. 16, p. 1223-1227.

14. Капралов В.П., Булыгин A.C. Использование дисперсионных свойств среды лазера для стабилизации частоты его излучения. Оптика и спектроскопия, 1974, т. XXXVII, вып. 5, с. 993-994.

15. Басов Н.Г., Губин М.А., Никитин В.В., Проценко Е.Д. Двухмодовые газовые лазеры и их применение в спектроскопии и оптических стандартах частоты (обзор). Квантовая электроника, 1984, т. 11, № 6, с. 1084-1105.

16. Басов Н.Г. и др. Частотная стабилизация газового лазера с использованием эффекта взаимодействия мод. Письма в ЖТФ, 1972, т. 15, вып. 9, с. 525-529.

17. Басов Н.Г. и др. Стабилизация частоты кольцевого лазера. Письма в ЖТФ, 1972, т. 15, вып. 9, с. 525-529.

18. Борисовский С.П., ПоляковС.Ю., ХановВ.А., Чуляева Е.Г., Яковлев Ю.М. Частотно-стабилизированные лазеры для интерференционных измерений Обзоры по ЭТ, 1986, Cep.ll. Вып.4 (1182) ,М., ЦНИИ "Электроника".

19. Hiromitsu Ogasawara and Jiro Nishimura. Frequency stabilization of internalmirror He-Ne laser by a flowing-water method. Applied Optics, 1982, v.21, №7, p.l 156—1157.

20. Ciddor P.E. and Bruce C.F. Long-Term stability of a Termally-Stabilized He-Ne Laser. -Metrologia, 1981, v.17, p.17-18.

21. Yoshino T. Frequency stabilization of internal mirror He-Ne (□ = 633 nm) lasers using the polarization properties. Japanesse Journal of Applied Physics, 1980, v. 19, p. 2181.

22. Дьяконов М.И., Фридрихов C.A. Газовый лазер в магнитном поле // Успехи физич.наук. 1966. -т.90, вып.4, с.565 - 600.

23. Tomlinson W.J., Fork R.Z. Frequensy stabilisation of a gas laser // Apppl. Opt.- 1969. Vol.8, № 1.-P.121-129

24. Атутов C.H. Стабилизация гелий-неонового лазера с внутренними зеркалами в переменном магнитном поле //Автометрия. 1974. -№1. с.83 -85.

25. Burgwald G.M., Kruger W.B. An instant-on-laser for length measurument // Hewlett Pacrard J. -1970. -Vol.21, № 21. P.14-16.

26. Quenelle R.C., Wuez Z.J. A new microcomputer-controller laser dimensional measurument and analysing system // Hewlett Packard J. - 1983. Vol.34, №4.-P17-18.27. http:www//agilent.com.

27. Iwasaki Shigeo, Sakurai Toshio. A wavelength calibration of commercial wavelength stabilized He-Ne laser // Gyo buturi. -1980. -Vol.49, № 9., P.870-875.

28. В.Г.Гуделев, А.И.Клочко, В.М.Ясинский. Двухчастотный гелий-неоновый лазер во взаимноортогональных поперечных магнитных полях// Препринт №254. Минск 1981г.С.59.

29. Лейкин А.Я., Соловьев B.C., Ястерзон А.И. Установка для измерения стабильности и воспроизводимости частоты длины волны излучения лазера/ Труды метролог. Ин-ов СССР. Харьков, 1972, вып.7.

30. Wellegehausen В., Guttner A. Relative Frequensstabilitatsmessigungen an Einmoden lasern. Zeitschr. Fur Naturforschung, 1973, Bd 28a, №6.

31. Rewley W.R.G. Bidireetienal counting for the measurument of laser beat frequencies. J. of Phys. E. Scientific Instr., 1975, v.8, Printed in Great Britain.

32. Соловьев B.C., Фертик H.C., Шафоростов А.И. Измерение кратковременной нестабильности частоты лазеров путем фильтрации частотных шумов. Измерительная техника, 1979, №12, с.3035. http://www.neoark.co.jp.

33. Дубров М.Н,.Алешин В.А Высокоточные лазерные интерферометры в многокомпонентых измерительных системах. Журнал радиоэлектроники, 2000, № 10, с. 1-10.

34. ZMI-1000 Displacement measurement interferometer system, Проспект фирмы ZIGO, Международная выставка "Наука-93", Москва, ноябрь, 1993.

35. Smith P.W., Ganapathi S.K., Veillard D.H. Measurement of Head-Disk Spacing Using Laser Heterodyne Interferometry. 2. Simulation and Experiments, IEEE Transactions on Magnetics, 1993, Vol 29, Iss 6, pp 3912-3914.

36. Коронкевич В.П., Ханов B.A. Современные лазерные интерферометры, Новосибирск, "Наука", 1985,181с.

37. Ведерников В.М., Кирьянов В.П., Коронкевич В.П., Ленкова Г.А. Многофункциональный лазерный измеритель перемещений ИПЛ-10. В кн.: Лазерные интерферометры. Новосибирск: ИАиЭ СО АН СССР, 1978, с.10-41.

38. Борисовский С.П., Чуляева Е.Г., Яковлев Ю.М. Одночастотные газовые лазеры ЛГ-77 и ЛГ-149-1. -Приборы и техника эксперимента, 1982, №2, с.224.

39. Борисовский С.П., Чуляева Е.Г., Яковлев Ю.М. Одночастотные лазеры ЛГ-77 и ЛГ-149-1. Электронная промышленность, 1980, №10, с.46.

40. Калитеевский Н.И. Волновая оптика. М.: Наука, 1971.

41. Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Исследование воспроизводимости длины волны излучения гелий-неонового лазера с внешней неоновой ячейкой поглощения (0.63 мкм). Оптика и спектроскопия, 1984, т.57, вып.5, с. 909-912.

42. Козлов А.В., Чуляева Е.Г. Средство измерения длины волны и нестабильности частоты лазерного излучения: Тезисы Всесоюзн. Научн-техн. конференция «Применение лазеров в науке и технике». Л., 1980.С.59.

43. Левин В.Р.Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике. -М.: Сов.радио, 1974.

44. Rutman J. Characterization of Frequency: a Transfer Function Approach and its Application to Mesauruments via Filterung of Phase Noise. IEEE Trans on Instrum. and Meas. 1974, v.IM - 23, №1.

45. Rutman J., Sawage G. Measurument of Frequency Domains Via Filtering of Phase Noise. IEEE Trans on Instrum. and Meas. 1974, December, v.IM -23, № 4.

46. Катлер JI., Сирль С. Некоторые аспекты теории и измерений частотных флуктуаций стандартов частоты ТИИ ЭР, 1966, т.54, №2, с.41.

47. Аллен Д. Статистические характеристики атомных стандартов частоты. ТИИ ЭР, 1966, т.54, №2,с.132.

48. Романовский П.И. Ряды Фурье. М.: Наука,1973.

49. Паюров А.Я., Перебякин В.А., Чуляева Е.Г. Исследование спектра флуктуаций частоты излучения одночастотных стабилизированных лазеров Автометрия, 1982, №2 , с.95-97.

50. С.П.Борисовский, А.В.Козлов, П.С.Крылов, Л.Я.Маковеева, Е.Г.Чуляева Установка для исследования одночастотных стабилизированных лазеров. Автометрия, 1983, №6,с. 102-104

51. А.с. 880209 (СССР). Устройство для измерения нестабильности частоты излучения лазеров/ Л.С.Жаворонкова, А.Я.Паюров, Е.Г.Чуляева. -1981.

52. Борисовский С.П., Маковеева Л.Я., Чуляева Е.Г., Яковлев Ю.М.: . Метрологическое обеспечение измерений спектральных и частотных характеристик излучения лазеров . Тезисы докладовВсесоюзн. Научн-техн. конф. Харьков, 1982. - с.65.

53. А.с. 766 498 (СССР). Газовый лазер./ В.И.Гордеев, А.Я.Паюров, В.А.Перебякин, Е.Г.Чуляева -1980.

54. А. с. 797510 (СССР). Газовый лазер./ Г.Т. Тимошенко, А.К. Пушкарев, Е.Г.Чуляева -1980.

55. А. с. 345878 (СССР). Способ стабилизации газа ионных оптических квантовых генераторов./ В.Ф. Быковский, В.С.Кухмистров, Л.В.Соболева, Е.Г.Чуляева 1972.

56. Капралов В.П.,Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Исследование стабильности длины волны излучения лазера с внешней неоновой поглощающей ячейкой Квантовая электроника,1980, т.7.

57. Крылов П.С., Перебякин В.А., Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Отраслевое образцовое средство измерения длины волны излучения гелий-неоновых лазеров 1-го разряда Метрологическая служба в СССР, 1983, вып.З.

58. А.с. 495011. Одночастотный оптический квантовый генератор/ С.П.Борисовский, Е.П. Остапченко, Л.В.Теняева, Е.Г.Чуляева 1980.

59. Технический отчёт № 46/110-81. Per. № Ф09417/80021127, Рязань: НПО «Плазма», 1981 г. Разработка методики и аппаратуры аттестации одночастотных газовых лазеров// А.Н. Власов, А.В. Козлов, Л.С.Жаворонкова, Е.Г. Чуляева.

60. Пат.№1407 367 РФ МП К 4HOS/13 . Частотно-стабилизированный газовый лазер/Е.Г. Чуляева Опубл. 1992, Бюл.№32.

61. М.Борн, Э.Вольф Основы оптики. Изд-во «Наука», М., 1970

62. Привалов В.Е., Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние возмущений в активной среде на нестабильность разностной частоты излучения лазера. Оптика и спектроскопия, 2000, том 88, №1,с. 149-153.

63. Козлов А.В., Поляков С.Ю., Чуляева Е.Г. Новая система стабилизации двухчастотных лазеров: Метрологическое обеспечение измерений спектральных и частотных характеристик излучения лазеров. Тезисы докладов Всесоюзн. Научн.-техн. конф. Харьков, 1990.

64. Гончуков С.А,.Ермаченко В.М,.Косумова Р.Д,.Никитин В.В,.Проценко Е.Д He-Ne лазер на 2. = 0.63 мкм в режиме генерации двух ортогонально-поляризованных мод- Квантовая радиофизика, Препринт №31, ФИАН имЛебедева, М., 1981. С.36.

65. Гуделев В.Г.,.Ясинский В.М Двухчастотный гелий-неоновый лазер в поперечном магнитном поле Квантовая электроника, 1982, т.9, №7, с.1420—1428.

66. Ferguson J.B. Morris R.H. Singlt mode collapse in 6328 A He-Ne lasers // Appl.Opt. 1980. - Vol.19, №18. - P. - 442 -450.

67. Новиков M.A., Тертышник А.Д.Оптические резонаторы с анизотропными элементами . Изв.вузов РадиофизикаД976,т.19, №3, с.364-372

68. А. с. 1535307 Двухчастотный газовый лазер/ А.Н. Власов, С.Ю. Поляков, Г.Т. Тимошенко, И.С. Чуляев, Е.Г. Чуляева 1988 г.

69. А.с. 2639375. Двухчастотный стабилизированный газовый лазер /В.Н. Бельтюгов, С.Ю.Поляков, С.Г.Проценко, Ю.В.Троицкий, Е.Г.Чуляева -1990.

70. А.с. 1572370. Частотно-стабилизированный газовый лазер/ Н.Н.Павлова, С.Ю.Поляков, И.С.Чуляев, Е.Г.Чуляева 1990.

71. А.с. 1637622. Двухчастотный стабилизированный газовый лазер / С.Б.Полушкина, С.Ю.Поляков, Е.Г.Чуляева 1990.

72. А.с. 1403942.Двухчастотный стабилизированный лазер/ С.Ю.Поляков, И.С.Чуляев, Е.Г.Чуляева 1988.

73. Appl.Physics Letters, 1983, v.42, №6 p.492-496.

74. A.c. 1452421. Способ стабилизации частоты излучения / В.Г.Гуделев, С.Ю.Поляков, И.С.Чуляев, Е.Г.Чуляева, В.МЛсинский. 1988.

75. Дьяконов М. Е. К теории газового лазера в слабом продольном магнитном поле. ЖТФ, 1965, т. 49, вып. 4., с 1169 - 1179.

76. Войтович А. П. Магнитооптика газовых лазеров Минск, Наука и техника, 1984.С.208.

77. Фриш. С.Э. Оптические спектры атомов М.: Физ.-мат. лит-ра., 1963.

78. Беннет В. Эффект образования провалов на линиях лазера на смеси гелий-неона вып. Лазеры, под ред. Жаботинского М. Е., 1963.

79. АрефьевА.С., Кондрахин А.А., Чуляева Е.Г. Исследование поляризаци-онно-частотных характеристик газового лазера в измерительных системах. Вестник РГРТА, 2003, Вып.11. Рязань, с. 88-90.

80. АрефьевАС., Кондрахин А.А., Чуляева Е.Г. Исследование поляризаци-онно-частотных характеристик газового лазера в измерительных системах. Известия Академии Наук, 2003, сер.Физическая, том 67, №9,с. 1266-1269

81. Арефьев А.С., Кондрахин А.А., Чуляева Е.Г. Исследование поляриза-ционно-частотных характеристик газового лазера в измерительных системах. Тезисы докладов конференции «Лазеры, измерения, информация—2002», Санкт-Петербург, 5-6 июня 2002 г.

82. Пат. №2239266 РФ МП К 4HOS/13 . Двухчастотный стабилизированный лазер/ С.П.Борисовский, А.А.Кондрахин, Е.Г. Чуляева , приоритет 2003г.

83. Арефьев А.С., Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние поверхности катода на переходные от таунсендовского разряда к тлеющему характеристики тока разряда: Тезисы докладов, часть 1. X конференция по физике газового разряда. Рязань.2000.С.73.

84. Fedotov М.А., Chulaeva E.G. Laser tube for frequency-stabilized laser. -International Workshopon New Approaches to Hi-Tech 98 Nondestructive Testingand Computer Stimulations in Science and Engineerring , Preprints Program 8-12 Iune 1998, A17.

85. Haeringen.l.W.Van. Polarisation Properties of a Single-Mode Operating Gas Laser in a Small Axial Magnetic Field Physical Review, v. 158, №2. p.256 - 272.

86. Lenstra D. On the theory polarization effects in gas lasers. Phisics Report, 1980, v.59,№3, p.301 -373.

87. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.: Изд-во физ.-мат. литературы, 1963.

88. Вайнштейн Л.А., Собельман И.И., Юков Ю.А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.: Наука, 1979.

89. Им Тхек-де,.Казанцев В.П., Раутиан С.Г. и др. О сдвиге линии с X = 0.63 мкм неона из-за столкновений с атомами собственного газа и с электронами разряда. Квантовая электроника,1974,т. 1, вып.2, с.416.

90. Mager F.J. Stark effect produced frequency shifts in the helium-neon laser. IEEE Quantum Electron, 1967, v.QE - 3, № 12, p.690.

91. Bloom A.L., Wringt D.D. Pressure Shifts in a stabilized single wavelength He-Ne laser. Appl. Opt., 1966, v.5, № 10, p. 1528-1532 .

92. Калинин H.А., Латышева Е.И., Ефремов Ю.П. Оптика и спектроскопия, 1970, т.29, вып.5, с.1020-1021.

93. Чуляева Е.Г. Разработка и исследование газового лазера со стабилизацией длины волны по поглощению в неоне// Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Рязань: НПО «Плазма», 1982,198 с.

94. Им Тхек-де, АЛ.Казанцев, С.Г.Раутиан и др. Влияние столкновений на спектр нелинейного поглощения для перехода 3S2-2P4 неона. Квантовая электроника, 1976, т.З, вып.2, с.530

95. Михненко Г.А., Проценко Е.Д., Седой Е.А. Исследование сдвигов линии на 0.63 мкм в He-Ne лазере с поглощающей ячейкой. Оптика и спектроскопия, 1972, т.ХХХП, вып.4.

96. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. М., 1971.

97. Sosnowski Т.Р., Jonson W.B. Frequency Shifts of the Lamb Dip Minimum in the Helium- Neon Laser. IEEE Quantum Electron. 1969 March, v.QE -5, № 3.

98. A.c. 345878 (CCCP0 Способ стабилизации давления рабочего газа в ионных оптических квантовых генераторах/ В.Ф.Быковский, В.С.Кухмистров, Л.В.Соболева, Е.Г.Чуляева .1970.

99. А.с. 511777 (СССР). Газовый оптический квантовый генератор/ Д.П.Бельский, В.М.Гримблатов, Е.П.Остапченко, Е.Г.Чуляева. 1975.

100. Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Влияние геометрии активного элемента на параметры излучения газоразрядных лазеров. Оптика и спектроскопия, 1984, т.57, вып.6, с.1056 - 1059.

101. Александров JI.C., Перебякин В.А, Степанов В.А, Чиркин М.А.Неустойчивости плазмы разряда и флюктуации излучения гелий-неоновых лазеров. Обзоры по электронной технике. 1990. Cep.l 1 .Лазерная техника и оптоэлектроника.Вып.З (1537).

102. Смирнов Б.Н. Физика слабоионизованного газа. М.: Наука, 1978,с.353

103. Бочкова O.K., Шрейдер Е.Г.Спектральный анализ газовых смесей. М.: Физматгиз, 1963.

104. Федотов М.А, Чуляева Е.Г.Влияние примеси кислорода на газовый разряд в гелий-неоновом лазере Петербургский журнал электроники. 1999. №2.с.51-53.

105. Арефьев А.С., Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние примеси кислорода на пороговые токи возникновения страт в активной среде гелий-неонового лазера. Вестник РГРТА. 1999. Вып.6. с.74-77

106. Арефьев А.С., Борисовский С.П., Кондрахин А.А., Чуляева Е.Г. Стабильная генерация в частотно-стабилизированном гелий-неоновом лазере. Вестник РГРТА, 2004, вып. 14, Рязань, стр80-83.

107. Арефьев А.С., Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние примеси кислорода на частотные характеристики газового разряда в гелий-неоновом лазере. Известия РАН. Серия физическая. 2000, том 64, №7.с. 1275-1281.

108. Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние примеси кислорода на газовый разряд в гелий-неоновом лазере. Петербургский журнал электроники, 1999,№2, с.51-53.

109. Арефьев А.С., Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние примеси кислорода на частотные характеристики газового разряда в гелий-неоновом лазере. Известия Академии наук Сер.Физическая., т.64,№7, с. 1275-1281.

110. УЛэмб Теория оптических мазеров в кн. Квантовая оптика и квантовая радиофизика. Изд-во «Мир». 1965. С.452.

111. Гуделев В. Г. и др. Влияние шума на проявления поляризационной динамики анизотропного газового лазера.// Квантовая электроника 1997 Т.24. -№1 - С.5-10.

112. Привалов В.Е. Исследование спектра колебаний в разрядном промежутке He-Ne лазера. ЖТФ, 1971, т.41, с.1682

113. Привалов В.Е. Колебания в разряде газового лазера. Квантовая электроника, 1977, т.4, с.2085.

114. Салогуб В.П. Автореферат канд. диссертации Лен. политехи. Ин-т им. М.И.Калинина, 1978.

115. Багаев С.Н., Василенко А.С., Гальдорт В.Г. и др. He-Ne лазер на □ = 3.39 мкм с шириной линии излучения 7 Гц Квантовая электроника, 1977, т.44, №5, с.1163.

116. Мельников Н.А., Привалов В.Е., Фофанов А.Я. Экспериментальное исследование He-Ne лазеров, стабилизированных по насыщенному поглощению в иоде. Оптика и спектроскопия, 1981, т.42, вып.4, с.747.

117. Arrathoon R. Positive column population calculationa for the evamation of dispersive effects in He-Ne lasers. J. Appl. Phys., 1969, v.40, №7, p.2875.

118. Мельников JI.А., Тучин В.В. Некоторые особенности диагностики плазмы, размещенной внутри резонатора газового лазера. Оптика и спектроскопия, 1977,т.42, вып.З, с.431.

119. ТуЧин В.В., Акчурин Г.Г. Модуляция интенсивности излучения He-Ne лазера возмущениями тока разряда. Квантовая электроника, 1975, т.2, №6, с. 1253.

120. Привалов В.Е. Разработка и создание лазера метрологического назначения. Метрология и точные измерения, 1979, №1, с.14.

121. Миронов А.В., Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Исследование влияния возмущений в активной среде на нестабильность частоты излучения стабилизированного лазера с внешней неоновой поглощающей ячейкой- Оптика и спектроскопия, 1982, т.52, вып.5, с.904-908.

122. Власов А.Н., Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. Влияние модуляции тока разряда на нестабильность частоты стабилизированного гелий-неонового лазера с внешней ячейкой поглощения Оптика и спектроскопия, 1994, Т.76, вып. 4, с. 677-680.

123. Привалов В.Е., Федотов М.А., Чуляева Е.Г. Влияние возмущений в активной среде на нестабильность разностной частоты излучения лазера. Оптика и спектроскопия, 2000, т.88,вып.1, с.149-153.

124. Fedotov М.А., Chulaeva E.G. Laser tube for frequency-stabilized laser. -International Workshopon New Approaches to Hi-Tech 98 Nondestructive Testingand Computer Stimulations in Science and Engineerring , Preprints Program 8-12 Iune 1998, A17.

125. Пат.№2194346 РФ. Рабочая среда гелий-неонового лазера с холодным катодом/ С.П.Борисовский, М.А.Федотов, Е.Г.Чуляева

126. Власов А.Н, Привалов В.Е., Чуляева Е.Г. О влиянии обратных отражений в оптическом дискриминаторе двухмодового лазера. Оптика и спектроскопия, 2002, том 92, № 4, с. 701-703.

127. A.S.Arefiev, S.B.Mishin, E.G. Chyulyaeva Effekt of optical feedback on two- frequency mode characteristics of He-Ne laser. Laser und Laser -Information Technologies. Proceedings of Spie. V.4644.2001.p.236-242

128. Борисовский С.П., Власов A.H., Верейкин В.А.Чуляева Е.Г. Измерение стабильности и воспроизводимости частоты генерации газовых лазеров. Измерительная техника, 1977, №8, с. 45-48.

129. Результаты докторской диссертации Чуляевой Е.Г. использованы при создании частотно-стабилизированных He-Ne лазеров и их метрологического обеспечения.

130. Эти лазеры нашли применение в контрольно-измерительных системах для измерений физических величин, выражаемых через длину, а также в устройствах контроля качества оптических поверхностей.

131. Результаты диссертационной работы Чуляевой Е.Г. были использованы при создании нормативной базы и аппаратуры метрологического обеспечения частотно-стабилизированных лазеров как рабочих средств измерения.

132. Найденные технические решения защищены 17 авторскими свидетельствами и патентами, внедренными в НПО «Полярон» г.Львов (письмо № 33/17 от 5.08.91г.) и в ОАО «Пл?'""л r Pm9ui

133. Научно-производственное республиканское унитарное1. КВТЕМ-ОМОпредприятие «КБТЭМ-ОМО» (УП «КБТЭМ-ОМО») Республика Беларусь, 220763, г. Минск,

134. Scientific & Production Enterprise ("КВТЕМ-ОМО" UE) 2, Partizansky avenue,220763, Minsk, Republic of Belarus Tel./Fax +375 (017) 226-12-05 E-mail: dvt@kbtem.avilink.net

135. Republican Unitary He & Production Ent

136. Партизанский пр-кт., 2 Тел./факс +375 (017) 226-12-05 E-niail: dvt@kbtem.avilink.net E-mail: mve@khtem.avilink.netiaKC +375 (017) 226-12-05i.avilink.net

137. E-mail: mve@khtem.avilink.net1. УТВЕРЖДАЮоб использовании результатов диссертации Чуляевой Е.Г. «Исследование и разработка частотно-стабилизированных лазеров для прецизионныхизмерений»

138. Разработанный по п.1 лазер использован в оптико-механическом оборудовании. Проведенные испытания подтвердили декларируемые параметры.1. Главный специалист1. Начальник отдела1. Трапашко Г.А.1. Юдицкий В.А.

139. Об использовании результатов диссертации Чуляевой Е.Г. ; '{ «Исследование и разработка частотно-стабилизированных лазеров t, для прецизионных измерений» .11,.

140. Теоретические и экспериментальные исследования, методикизастройки и испытаний, приведенные в диссертации, позволили создатьпри 'непосредственном руководстве автора надежный серийно-пригодный

141. Двухчастотный стабилизированный по частоте и мощности излученияпазер.

142. Установка для аттестации ц поверки стабшрздтювакпи:-: газоыл-(наименование первичная установки)лазеров до длине долни Щ&!2.625.186

143. Гиэедйахначена для яовеши восдоонзведепзи; ::с:а-г л •