3.1.4. Методы разноса частот. Ячейка Фарадея

Устойчивость режима генерация встречных излучений лазера минимальна в случае, когда частоты встречных волн равно отстоят от центра доплеровски уширенной спектральной линии излучения. В этой ситуации взаимодействие обеих волн идет через одни и те же группы атомов активного вещества, т.е. взаимосвязь колебаний максимальна. При отсутствия вращения кольцевого лазера система устойчива, а с увеличением угловой скорости ее неустойчивость растет. Это физическое явление одновременного взаимодействия встречных волн, когда интенсивность одного излучения увеличивается, а другого - уменьшается, все это вызвано усилением одной группы атомов активной среды и является конкуренцией мод.

Наличие разностной частоты в области, близкой к границе захвата, обусловлено явлениям увлечения частоты генерации. При этом зависимость становится нелинейной. Основная ВХ в большей степени зависит от расстройки частот излучении. Если обеспечить относительную погрешность настройки резонатора на резонансную частоту спектральной линии (расстройку резонатора каждого из встречных излучении) , то с изменением расстройки ВХ смещается из области захвата и даже может пересекать идеальную характеристику (ВХ). Это обусловлено дисперсионными свойствами активной среды, и, в основном, конкуренцией мод во встречных излучениях.

Предъявляя высокие требования к частоте и качеству отражающих поверхностей или применяя вместо зеркала призмы полного внутреннего отражения, область захвата можно несколько уменьшить. Полностью от синхронизации и конкуренции встречных мод избавиться нельзя из-за рассеяния на неоднородностях флюктуирующей плазмы, конечности размеров зеркал и сечения пучка, нелинейных явлений в разряде и при отражении от зеркал. В используемых для гироскопии кольцевых лазерах область захвата достигает нескольких десятков и сотен герц.

Мера, которая помогает практически избавиться от этого явления и дает возможность измерять очень малые угловые скорости, - создание искусственного смещения частот, т.е. введение заранее известной частоты, так называемой частотной подставки, - начальной разности частот, превышающей пороговую частоту захвата. Разнести частоты можно различными способами (рис. 3.3: а - эффект Фарадея; б - эффект увлечения света движущейся средой).

Рис. 3.3

Один из способов создания начальной разности частот состоит в том, что платформе, на которой установлен кольцевой лазер, сообщаются малые вращательные колебания с частотой порядка 10...40 Гц. В течение большей части периода таких колебаний угловая скорость оказывается достаточной для того, чтобы разностная частота превысила пороговые значения частоты захвата.

Для создания смещения частот можно использовать эффект Физо или Лэнгмюра (увлечение света движущейся газоразрядной плазмой), который является следствием собственной анизотропии и ее дрейфа в случае возбуждения газовой смеси в кювете разрядом постоянного тока. Этот эффект можно применить для создания искусственной подставки, поскольку в резонатор не требуется вводить дополнительные потери.

Эффект Фарадея можно использовать для создания разностной частоты встречных колебаний. Этот эффект заключается в повороте плоскости поляризации нелинейно поляризованного света, распространяющегося вдоль силовых линий магнитного поля. Угол , на который поворачивается плоскость поляризации, пропорционален напряженности магнитного поля и пути l_E, , проходимому излучением в магнитном поле где R_E=const.