Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji mocy promieniowania swietlnego lasera i urzadzenie do stosowania tego sposobu. Znajduja one zastosowanie w elektronice kwantowej w przypadku lasera, którego czynnikiem roboczym jest gaz obojetny z domieszkami par pierwiastków chemicznych.Znane sa lasery zawierajace rezonator optyczny i umieszczona w nim rure wyladowcza z gazowym czynnikiem roboczym zdolnym do wzbudzenia promieniowania przy wytworzeniu w rurze wyladowania pradu stalego. Ostatnio jako czynnik roboczy zdolny do wzbudzenia promieniowania stosuje sie mieszanine gazu obojetnego i par metali lub pólmetali. Znanyfch jest wiele tego typu mieszanin, na przyklad He-Se, He-Zn, He-Mg, He-Hg, Ne-Cd itd. Lasery wykorzystujace podobne mieszaniny znane sa w literaturze jako „lasery z parami metali lub pólmetali", a takze jako „lasery z parami pierwiastków chemicznych".Znane sa rózne sposoby regulacji mocy promieniowania swietlnego laserów gazowych, na przyklad poprzez zmiane natezenia pradu w wyladowania pradu stalego, od którego zalezy moc promieniowania swietlnego lub poprzez zmiane cisnienia par metalu lub pólmetalu, wzglednie poprzez zmiane cisnienia gazu obojetnego. Moc promieniowania swietlnego mozna regulowac takze poprzez wprowadzenie dodatkowych strat do rezonatora lub stawiajac tlumik na drodze promieniowania swietlnego.Wszystkie przedstawione powyzej sposoby maja wspólna wade polegajaca na tym, ze nie pozwalaja na zwiekszenie mocy powyzej jej wartosci osiaganej w przypadku, gdy wszystkie przedstawione powyzej parametry maja wartoscioptymalne. • Poza tym, kazdy z przedstawionych powyzej sposobów ma swoiste wady. Wada sposobu regulacji mocy Eromieniowania swietlnego opisywanego lasera gazowego poprzez zmiane pradu wyladowania jest jego bezwlad¬ nosc. Podczas zmiany pradu wyladowania zmienia sie równoczesnie cisnienie par metalu lub pólmetalu w zwiazku ze zmiana wymiany ciepla pomiedzy rura wyladowcza, a otaczajacym ja srodowiskiem, w wyniku czego w poczatkowym momencie naglej zmiany pradu wyladowania moc zmienia sie w sposób niekontrolowany, to znaczy moze albo wzrastac albo malec w zaleznosci od warunków wyladowania. Wobec powyzszego jest mozliwa jedynie powolna regulacja mocy.Równiez wykazujacym duza bezwladnosc jest sposób regulacji mocy promieniowania swietlnego znanego lasera gazowego poprzez zmiane cisnienia par metalu lub pólmetalu, poniewaz czas ustalania temperatury rury wyladowczej, a wiec takze cisnienia par, jest dlugi.2 90 270 Wykazujacym duza bezwladnosc i dlatego niekorzystnym jest sposób regulacji mocy promieniowania swietlnego rozpatrywanego lasera poprzez zmiane cisnienia gazu obojetnego.Wykazujacymi mniejsza bezwladnosc sa sposoby regulacji mocy, oparte na wprowadzaniu dodatkowych strat do rezonatora lub wykorzystujace tlumik umieszczony na drodze promieniowania swietlnego. Jednakze te sposoby powoduja albo duze, niekorzystne straty mocy promieniowania swietlnego, albo wymagaja zastosowania przesuwnych elementów mechanicznych niewygodnych i trudnych do wykonania. Ostatnie z tych sposobów pogarszaja poza tym wlasnosci promieniowania swietlnego lasera gazowego, wprowadzajac dodatkowe zmiany do charakterystyki kierunkowosci i jednorodnosci promieniowania swietlnego.Celem wynalazku jest dostarczenie takiego sposobu regulacji mocy promieniowania swetlnego laserów gazowych z parami pierwiastków chemicznych, który pozwala na bezinercyjne zmiany mocy promieniowania swietlnego od minimalnej do maksymalnej wartosci, nie pogarszajac przy tym wlasnosci promieniowania swietlnego. Drugim celem wynalazku jest zwiekszenie mocy promieniowania swietlnego w porównaniu z przypad¬ kiem, gdy parametry sa optymalne. Dalszym celem wynalazku jest zmniejszenie poziomu szumów promieniowa¬ nia swietlnego lasera.Zadaniem wynalazku jest dostarczenie takiego sposobu regulacji mocy promieniowania swietlnego lasera z parami pierwiastków chemicznych, który polega na zmianie parametrów wyladowania, cechuje sie mala bezwladnoscia, nie pogarsza wlasnosci promieniowania swietlnego i zabezpiecza mozliwosc zmiany mocy promieniowania swietlnego od minimalnej do maksymalnej wartosci.Zadanie to zostalo rozwiazane w ten sposób, ze w celu regulacji mocy promieniowania swietlnego lasera gazowego, zawierajacego rure wyladowcza napelniona gazem obojetnym z domieszkami par pierwiastków cbmicznych bedacych czynnikiem roboczym zdolnym do wzbudzenia promieniowania swietlnego przy wytwo¬ rzeniu w nim elektrycznego wyladowania pradu stalego, wedlug wynalazku do czynnika roboczego przyklada sie zmienne pole elektryczne i zmienia sie jego czestotliwosc w zakresie czestotliwosci niestacjonarnych wahan czynnika roboczego przy wytworzeniu w nim elektrycznego wyladowania pradu stalego, w wyniku czego przy zmianie czestotliwosci pola zmiennego zmienia sie moc promieniowania swietlnego lasera.Sposób regulacji mocy promieniowania swietlnego lasera gazowego z parami pierwiastków chemicznych wedlug wynalazku cechuje sie znacznie mniejsza bezwladnoscia w porównaniu ze znanymi sposobami, co pozwala na zwiekszenie mocy promieniowania swietlnego co najmniej dwukrotnie w porównaniu z przypadkiem, gdy nie ma miejsca regulacja. Poza tym w obecnosci zmiennego sygnalu elektrycznego zmniejsza sie znacznie poziom szumów w promieniowaniu swietlnym lasera, wystepujacych w zwiazku z niestacjonarnymi wahaniami czynnika roboczego przy wytworzeniu w nim wyladowania elektrycznego pradu stalego. Zmniejszenie szumów jest takie, ze przy osiagnieciu maksymalnej mocy promieniowania swietlnego ich wartosc zmniejsza sie o dwa rzedy wielkosci. Zastosowanie sposobu wedlug wynalazku nie powoduje dodatkowych zmian w charakterystyce kierunkowosci i jednorodnosci promieniowania swietlnego. W koncu nalezy zaznaczyc, ze zastosowanie sposobu wedlug wynalazku pozwala na zabezpieczenie stabilizacji mocy przy uzyciu prostych srodków technicznych.W celu regulacji mocy promieniowania swietlnego lasera od minimalnej do maksymalnej wartosci nalezy zastosowac zmienne pole elektryczne o czestotliwosci od okolo 40 do okolo 220 kHz.Przy stosowaniu lasera z czynnikiem roboczym, zawierajacym hel i pary kadmu calkowity zakres regulacji zabezpiecza sie przez zmiane czestotliwosci pola zmiennego od okolo 80 do okolo 110 kHz.Regulacje mocy mozna przeprowadzac poprzez zmiane pradu zmiennego lub poprzez zmiane napiecia zmiennego, przy czym zmienny prad (napiecie) elektryczny powinien byc równy 0,01 wartosci pradu (napiecia) stalego w celu uzyskania jak najlepszych wyników.W celu realizacji sposobu wedlug wynalazku w urzadzeniu do regulacji mocy promieniowania swietlnego lasera gazowego z parami pierwiastków chemicznych, zawierajacego rure wyladowcza z elektrodami i zawieraja¬ cego zródlo pradu stalego przeznaczone do podlaczenia do elektrod rury wyladowczej, wedlug wynalazku stosuje sie regulowane czestotliwosciowe w zakresie niestacjonarnych wahan czynnika roboczego lasera zródlo sinusoidalnego pradu zmiennego, podlaczone do elektrod rury wyladowczej szeregowo ze zródlem pradu stalego.W celu podlaczenia zródel pradu: zmiennego i stalego, urzadzenie moze zawierac transformator, którego uzwojenie wtórne jest podlaczone do elektrod rury wyladowczej i w którego obwodzie znajduje sie zródlo pradu stalego, a uzwojenie pierwotne podlaczone jest do zródla sinusoidalnego pradu zmiennego.W odmianie realizacji w urzadzeniu do regulacji mocy promieniowania swietlnego lasera gazowego z parami pierwiastków chemicznych, zawierajacego zródlo pradu stalego przeznaczone do podlaczenia do elektrod rury wyladowczej wedlug wynalazku stosuje sie regulowane czestotliwosciowo w zakresie niestacjonarnych wahan czynnika roboczego lasera zródlo sinusoidalnego napiecia zmiennego, podlaczone do elektrod rury wyladowczej równolegle do zródla pradu stalego.90 270 3 W tej odmianie realizacji urzadzenia korzystne jest zastosowanie kondensatora, którego jedna elektroda polaczona jest z elektroda rury wyladowczej, a druga elektroda ze zródlem napiecia sinusoidalnego oraz zastosowanie rezystora, który jest przylaczony do wymienionej elektrody lasera szeregowo ze zródlem pradu stalego.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na przykladach wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia laser gazowy z parami pierwiastków chemicznych wraz z urzadzeniem do regulacji mocy jego promieniowania swietlnego wedlug wynalazku, fig. 2 —wykres zmian mocy promieniowania swietlnego lasera gazowego z mieszanina helu i par kadmu w zaleznosci od zmian czestotliwosci zmiennego pola elektrycznego, fig. 3 — schemat lasera gazowego z parami pierwiastków chemicznych wraz z urzadzeniem do regulacji mocy jego promieniowania swietlnego, zawierajacego zródlo pradu sinusoidalnego, fig. 4 — schemat lasera gazowego z parami pierwiastków chemicznych wraz z urzadzeniem do regulacji mocy jego promieniowania swietlnego, zawierajacego zródlo napiecia sinusoidalnego.Laser gazowy 1 zawiera rure wyladowcza 5 z okienkami optycznymi 6 ustawionymi pod katem Brewstera do osi optycznej lasera 1 i zwierciadla 7 tworzace rezonator optyczny. Wewnatrz rury wyladowczej 5 znajduja sie elektrody 8 wlaczone w elektryczny obwód wyjsciowy zródlem 3 i 4 pradu stalego i zmiennego. Pomiedzy tymi elektrodami jest utworzony obszar wyladowczy rury 5. Do wnetrza rury wyladowczej 5 wprowadzony jest hel i kadm parujacy przy wytworzeniu wyladowania pradu stalego, w wyniku czego w rurze wyladowczej 5 tworzy sie mieszanina helu i par kadmu. Ta mieszanina jest czynnikiem roboczym zdolnym do wzbudzenia promieniowania przy wytworzeniu wymienionego wyladowania pradu stalego. Zamiast helu moze byc zastoso¬ wany inny gaz obojetny, a zamiast par kadmu — pary innego metalu lub pólmetalu, których mieszanina z gazem obojetnym stanowi czynnik roboczy wymienionych „laserów z parami pierwiastków chemicznych".Jako zródlo 3 pradu stalego moze byc zastosowane dowolne znane zródlo pradu stabilizowanego.Wystarczajace jest, gdy to zródlo zabezpiecza prad 50—250 mA i napiecie 1000—5000 V.Jako zródlo zmiennego pola elektrycznego moze byc zastosowany dowolny regulowany generator sinusoidalnego pradu (napiecia) zmiennego, którego zakres czestotliwosci jest równy zakresowi czestotliwosci niestacjonarnych wahan czynnika roboczego przy wytworzeniu w nim elektrycznego wyladowania pradu stalego.Przy wyladowaniu pradu stalego maja miejsce niestacjonarne wahania czynnika roboczego, które sa spowodowa¬ ne róznorodnoscia predkosci przemieszczania s:e i dyfuzji elektronów i jonów w polu elektrycznym wytwarza* nym przez zródlo pradu stalego, oraz pradami elektronów i jonów na sciankach rury wyladowczej 5. Te niestacjonarne wahania powoduja niejednorodnosc koncentracji i temperatury elektronów i jonów czynnika roboczego, w wyniku czego warunki wyladowania w róznych czesciach rury nie sa jednakowe.Czestotliwosc sinusoidalnego pradu (napiecia) zmiennego, przy której osiaga sie maksymalna moc promieniowania swietlnego, zalezy od cisnienia gazu obojetnego, srednicy rury wyladowczej, a takze od dlugosci rury wyladowczej i cisnienia par metali i pólmetal i.Wystarczajace jest w kazdym przypadku, zeby zakres regulacji czestotliwosci zródla pradu (napiecia) zmiennego wynosil od okolo 40 do okolo 300 kHz.W laserach gazowych, w których czynnikiem roboczym jest hel z domieszkami par kadmu, moc minimalna i maksymalna jest uzyskiwana przy zmianie czestotliwosci zródla 4 od 8 do 110 kHz, co widac na wykresie 9 (fig. 2). Przy osiagnieciu mocy maksymalnej, w danym przypadku przy 110 kHz, uzyskuje sie w promieniowaniu swietlnym zmniejszenie poziomu szumów 100 razy.Przy stosowaniu jako zródla 4 zródla pradu zmiennego, urzadzenie 2 zawiera transformator 10 (fig. 3), którego uzwojenie wtórne 11 jest polaczone ze zródlem 3 pradu stalego i z elektroda 8, a uzwojenie pierwotne 12 — ze zródlem 4 pradu zmiennego. Zródlo pradu zmiennego nalezy wybrac w ten sposób, zeby amplituda tego pradu byla równa okolo 0,01 wartosci pradu zródla pradu stalego.Przy stosowaniu jako zródla 4 zródla napiecia zmiennego moze byc wykorzystywany schemat przedsta¬ wiony na fig. 4. W tym przypadku zródlo napiecia zmiennego jest przylaczone równolegle do obszaru wyladowania poprzez kondensator 13, a zródlo 3 napiecia stalego jest przylaczone równolegle do tego obszaru poprzez rezystor 14 w jego obwodzie wyjsciowym. Zródlo 4 nalezy wybrac w taki sposób, zeby amplituda jego napiecia byla równa okolo 0,01 napiecia zródla pradu stalego.Zasada sposobu wedlug wynalazku zostanie opisana ponizej. Przy wlaczeniu zródla 3 pradu stalego w rurze wyladowczej 5 nastepuje wyladowanie elektryczne. To wyladowanie pobudza czynnik roboczy i wewnatrz rezonatora nastepuje wzbudzenie promieniowania swietlnego wyprowadzanego z rezonatora poprzez jedno ze zwierciadel. Jak juz wspomniano, wystepuja przy tym wahania niestacjonarne. Przy przylozeniu' zmiennego pola elektrycznego ze zródla 4 wahania niestacjonarne przeksztalcaja sie w regularne wahania o czestotliwosci równej czestotliwosci zmiennego pola elektrycznego.W przypadku, gdy czestotliwosc zmiennego pola elektrycznego jest taka, ze stosunek czasu zycia jonów gazu biernego do okresu regulacji wahan jest równy calkowitej liczbie nieparzystej, to koncentracja i temperatura4 90 270 jonów czynnika roboczego przyjmuja zwiekszone wartosci. W wyniku tego moc promieniowania swietlnego osiaga wartosc maksymalna.W przypadku, gdy czestotliwosc zmiennego pola elektrycznego jest taka, ze stosunek czasu zycia jonów gazu biernego do okresu regularnych wahan jest równy calkowitej liczbie parzystej, to koncentracja i temperatura elektronów czynnika roboczego przyjmuja zmniejszone wartosci. W wyniku tego moc promieniowania swietlnego osiaga wartosc minimalna. Ustalenie sie regularnych wahan i mocy promieniowania swietlnego nastepuje w czasie kilku okresów wahan, to znaczy regulacja mocy promieniowania swietlnego wykazuje mala bezwladnosc. PL