Способ определения характеристик лазерной среды и устройство для его осуществления

Способ определения характеристик лазерной среды и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к лазерной технике и квантовой электронике и может быть использовано в физической измерительной аппаратуре, в лазерной локации и в системах лазерной космической связи для высокоточного и оперативного измерения характеристик лазерных сред, входящих в состав лазерных генераторов и лазерных усилителей оптических сигналов.

Известен способ определения характеристик лазерной среды, включающий накачку лазерной среды, генерацию лазерного излучения, ослабление сформированного излучения, преобразование излучения в электрический сигнал посредством фотоприемника и анализ зарегистрированного электрического сигнала [1].

Недостатком данного способа является невозможность определения характеристик тонкой спектральной структуры излучения лазерной среды, что обусловлено широкой полосой спектральной чувствительности фотоприемника, регистрирующего лазерное излучение, и соответственно низкой точностью определения изменений в спектральной характеристике лазерного излучения, по которым судят о параметрах лазерной среды.

Известен способ определения характеристик лазерной газовой среды [2], заключающийся в возбуждении лазерной среды, пропускании через нее оптического сигнала, формировании согласующей голограммы, пропускании через нее оптического сигнала, регистрации его посредством фотоприемника и анализе электрического сигнала. К недостаткам данного способа следует отнести низкую точность измерения вследствие использования аналоговой согласующей голограммы и фотоприемника с широкой полосой спектральной чувствительности.

Известен способ определения характеристик лазерной среды [3], основанный на накачке лазерной среды, генерации лазерного и эталонного излучений, пропускания излучений через интерферометр, например, типа Фабри-Перо, формировании интерферограммы лазерного излучения, регистрации интерферограммы посредством фотопленки, или телевизионного многоэлементного фотоприемника и последующей расшифровке зарегистрированной интерферограммы, по которой судят о спектральных характеристиках исследуемой лазерной среды. К недостаткам данного способа следует отнести ограниченную точность измерения спектральных характеристик, обусловленную ограниченной разрешающей способностью интерферометра и телевизионного фотоприемника, а также невысокое быстродействие, обусловленное большим временем физической настройки интерферометра, значительным временем, затрачиваемым на расшифровку полученной интерферограммы.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности способ по патенту РФ [4].

Данный способ решает задачу оперативного определения параметров лазерной среды, используемой для фильтрации, и квантового усиления слабых оптических сигналов. Способ [4] заключается в возбуждении лазерной среды, формировании в ней возмущающего воздействия посредством формирования магнитного поля, формировании первого оптического контрольного сигнала, пропускании его через измеряемую лазерную среду, измерении параметров первого оптического контрольного сигнала после прохождения через измеряемую лазерную среду, изменении величины магнитного поля в лазерной среде до получения наибольшей амплитуды контрольного сигнала после прохождения лазерной среды.

К недостаткам данного способа следует отнести ограниченную точность определения параметров лазерной среды, что обусловлено невысокой точностью установления и определения частоты излучения, генерируемой лазерным диодом, режим работы которого зависит от совокупности трудно контролируемых факторов.

Достигаемый технический результат заключается в увеличении точности определения характеристик лазерной среды, повышении быстродействия процесса измерений.

Новый технический результат достигается тем, что:

1. В известном способе, заключающемся в возбуждении лазерной среды, формировании в ней возмущающего воздействия (например, магнитного поля), формировании и пропускании через лазерную среду первого оптического контрольного сигнала (ОКС) и последующем измерении его параметров, осуществляют формирование первого ОКС импульсно-периодическим, при формировании первого ОКС осуществляют сканирование его частоты излучения, формируют второй оптический контрольный сигнал (ОКС) путем ответвления части первого ОКС, после пропускания первого ОКС через возмущенную лазерную среду при периодическом измерении параметров первого ОКС определяют амплитуды А_i выбросов интенсивности первого ОКС и моменты времени t_ai их появления относительно момента времени t₁ начала формирования первого ОКС и выделяют максимальное значение выброса интенсивности А₂ первого ОКС и момент времени t_a2 его появления, у ранее сформированного второго ОКС осуществляют смещение спектра излучения на величину Δ f, задерживают второй ОКС по времени на величину Δ Т, пропускают второй ОКС через невозмущенную лазерную среду, осуществляют периодическое измерение выбросов интенсивности В_i второго ОКС и моментов времени t_bi появления выбросов относительно момента времени t₁ начала формирования первого ОКС, выделяют максимальное значение В₂ выброса интенсивности второго ОКС и момент времени появления выброса t_b2, определяют величину разности R между моментами времени появления выбросов интенсивности с максимальной амплитудой первого и второго ОКС после прохождения через лазерную среду R=t_b2-t_a2, изменяют величину смещения спектра излучения Δ f до момента достижения равенства разности R величине времени задержки Δ T второго ОКС R=t_b2-t_a2=Δ T, определяют величину смещения Δ f=f_M1 спектра излучения, соответствующую выполнению этого равенства, и определяют характеристики лазерной среды по следующим формулам:

где f_uv - частота полосы квантового усиления возмущенной лазерной среды;

f_u0 - известная частота полосы квантового усиления невозмущенной лазерной среды, соответствующая рабочему лазерному переходу;

γ ₂ - относительный коэффициент усиления возмущенной лазерной среды, соответствующий частоте f_uv полосы квантового усиления;

β - относительный коэффициент ослабления излучения первого и второго оптических контрольных сигналов, равный отношению коэффициентов ослабления излучения второго τ ₂ и первого τ ₁ оптических контрольных сигналов при их формировании при этом относительный коэффициент усиления γ ₂ лазерной среды характеризует отношение величин К₂, К₀: где К₀ - коэффициент усиления лазерной среды на частоте f_u0 полосы квантового усиления, соответствующей невозмущенному рабочему лазерному переходу;

К₂ - коэффициент усиления лазерной среды, соответствующий частоте f_uv полосы квантового усиления возмущенной лазерной среды.

2. Величину задержки по времени Δ T второго оптического контрольного сигнала выбирают, исходя из одновременного выполнения условий:

Δ Т>τ _c,

Δ T>Δ t_k,

где τ _c - длительность промежутка времени, необходимого для выключения возмущающего воздействия на лазерную среду;

Δ t_k - длительность импульса первого оптического контрольного сигнала.

3. Коэффициенты ослабления излучения первого τ ₁ и второго τ ₂ оптических контрольных сигналов определяют в виде произведения коэффициентов ослабления излучения всех оптических элементов на пути распространения соответственно первого и второго ОКС при их формировании от выхода генератора первого ОКС до оптического входа кюветы с лазерной средой.

4. Для определения относительного коэффициента ослабления β первого и второго оптических контрольных сигналов (ОКС) осуществляют последовательно во времени путем формирования первого и второго ОКС, пропускания их порознь через лазерную среду в невозбужденном состоянии, определения по отдельности интенсивностей I₁ и I₂ соответственно первого и второго ОКС посредством фотоприемного устройства, исходя из отношения

5. Для смещения спектра излучения ответвленной части первого ОКС на величину Δ f производят путем пропускания излучения ответвленной части первого ОКС через акустооптический модулятор света, в котором возбуждают акустические волны с частотой модуляции f_м, соответствующей необходимой величине Δ f смещения спектра излучения ответвленной части первого ОКС.

6. В известное устройство для определения характеристик лазерной среды, содержащее входную диафрагму, кювету с лазерной средой, блок накачки лазерной среды, соленоид, подключенный к источнику тока, расположенный в непосредственной близости от кюветы с лазерной средой, генератор первого оптического контрольного сигнала (ОКС), соединенный с выходом генератора импульсных сигналов, первую формирующую линзу, вторую линзу, первое и второе зеркала, фотоприемник и блок обработки информации, при этом оптический выход генератора первого ОКС оптически связан со входом кюветы с лазерной средой посредством первой формирующей линзы и первого зеркала, выход кюветы с лазерной средой оптически связан со входом фотоприемника посредством второго зеркала и второй линзы, а блок обработки информации подсоединен к источнику тока, блоку накачки лазерной среды и генератору импульсных сигналов, введены последовательно расположенные на оптической оси оптически связанные третье зеркало, акустооптический модулятор света (АОМС), третья линза, вторая диафрагма, четвертая линза, рассеивающая пластина, пятая линза, третья диафрагма, шестая линза, четвертое зеркало, оптическая линия задержки (ОЛЗ), пятое и шестое зеркала, а также блок анализа импульсов, синтезатор частоты и электронный усилитель, при этом выход синтезатора частоты соединен с входом электронного усилителя, выход которого подключен к управляющему входу АОМС, оптический вход АОМС связан с оптическим выходом генератора первого ОКС посредством первой формирующей линзы и третьего зеркала, оптический выход линии задержки связан с оптическим входом кюветы с лазерной средой посредством пятого и шестого зеркал, выход фотоприемника подсоединен ко входу блока анализа импульсов, выход которого подключен к блоку обработки информации, выход генератора импульсных сигналов соединен с вторым входом блока анализа импульсов, выход блока обработки информации подсоединен к управляющему входу синтезатора частоты.

7. Устройство для реализации способа измерения характеристик лазерной среды содержит оптический затвор с блоком управления, установленный в канале формирования первого ОКС между первым и третьим зеркалами, а блок управления оптическим затвором подсоединен к блоку обработки информации.

8. Устройство для реализации способа содержит последовательно установленные на оптической оси оптически связанные седьмое зеркало, вторую кювету с лазерной средой и вторым блоком накачки, седьмую линзу и второй фотоприемник, выход которого соединен с блоком анализа импульсов, при этом оптический вход второй кюветы оптически связан с выходом шестой линзы посредством седьмого зеркала, а второй блок накачки подключен к блоку обработки информации.

9. Блок анализа импульсов содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП), первый, второй и третий регистры памяти, процессор, формирователь импульсов, генератор синхроимпульсов и электронный переключатель, при этом выходы электронного переключателя подсоединены ко входам первого и второго АЦП, выходы которых подключены к первому и второму регистрам памяти, выходами соединенными со входами процессора, выход которого подключен к третьему регистру памяти, выход формирователя импульсов подключен ко входу генератора синхроимпульсов, выход которого подсоединен к управляющим входам первого и второго регистров памяти, входы электронного переключателя и второго АЦП соединены соответственно с выходами первого и второго фотоприемников, вход формирователя импульсов соединен с выходом генератора импульсных сигналов, процессор и третий регистр памяти соединены с блоком обработки информации.

10. Оптическая линия задержки содержит последовательно установленные на оптической оси входную диафрагму, первую и вторую согласующие линзы и выходную диафрагму.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит следующие элементы:

51. Входная диафрагма.

1. Кювета с лазерной средой.

2. Блок накачки лазерной среды.

3. Соленоид с источником тока 4.

4. Источник тока.

5. Генератор первого оптического контрольного сигнала (ОКС).

6. Генератор импульсных сигналов.

7. Первая формирующая линза.

8. Первое зеркало.

9. Второе зеркало.

10. Вторая линза.

11. Фотоприемник.

12. Блок обработки информации.

13. Третье зеркало.

14. Акустооптический модулятор света (АОМС).

15. Третья линза.

16. Вторая диафрагма.

17. Четвертая линза.

18. Рассеивающая пластина.

19. Пятая линза.

20. Третья диафрагма.

21. Шестая линза.

22, 23. Четвертое и пятое зеркала.

24. Шестое зеркало.

25. Блок анализа импульсов.

26. Электронный усилитель.

27. Синтезатор частоты.

28, 29. Входное и выходное окна кюветы 1.

30. Оптическая линия задержки (ОЛЗ).

31. Оптический затвор.

32. Блок управления оптическим затвором.

33. Вторая кювета с лазерной средой.

34. Второй блок накачки.

35. Седьмая линза.

36. Второй фотоприемник.

37. Седьмое зеркало.

Элементы поз.31-37 относятся ко второму и третьему вариантам построения устройства, реализующего способ.

На фиг.4 приведена блок-схема блока анализа импульсов (поз.25 на фиг.1), содержащая следующие элементы:

38, 39. Первый и второй аналого-цифровой преобразователи.

40, 41, 42. Первый, второй и третий регистры памяти.

43. Процессор.

44. Формирователь импульсов.

45. Генератор синхроимпульсов.

46. Электронный переключатель.

На фиг.5 приведена блок-схема оптической линии задержки (ОЛЗ 30 на фиг.1), содержащей элементы:

47, 48. Входная и выходная диафрагмы.

49, 50. Первая и вторая согласующие линзы.

Принцип действия и реализация предлагаемого способа заключаются в следующем.

Лазерная среда, характеристики которой подлежат определению, находится внутри кюветы 1, имеющей оптически прозрачные окна 28, 29. Лазерная среда представляет собой активное вещество, например, в газовой фазе, в качестве которого используется, например, перфторалкилиодид C₃F₇I. Возможно использование и других активных веществ, в том числе активированных кристаллов или стекол. Первой операцией предлагаемого способа является операция возбуждения (накачка) лазерной среды. В дальнейшем при всех последующих операциях лазерная среда находится и поддерживается посредством блока накачки 2 в возбужденном состоянии. Возбуждение лазерной среды осуществляют путем оптической накачки, посредством блока накачки 2, содержащего импульсный источник света на основе, например, газоразрядных ламп. В результате действия блока накачки 2 лазерная среда, заполняющая кювету 1, переходит в возбужденное состояние, характеризуемое инверсией заселенностей соответствующих энергетических уровней лазерной среды, используемых в качестве рабочих переходов. В случае применения указанного активного вещества в газовой фазе активным элементом лазерной среды в кювете 1 является возбужденный атомарный йод, который образуется в возбужденном состоянии под действием оптической накачки блока накачки 2. Рабочим лазерным переходом в атоме йода является магнитодипольный переход между уровнями ²P_3/2 и ²P_1/2, характеризуемый большим радиационным временем жизни τ =0,124 сек, что обуславливает предельно узкую полосу квантового усиления, равную Δ ϑ =0,01 см^-1.

Лазерная среда в возбужденном состоянии, заполняющая кювету 1, используется в качестве высокочувствительного оптического квантового усилителя - активного квантового фильтра - в системах лазерной локации и связи. Далее в возбужденной лазерной среде осуществляют формирование возмущающего воздействия. При наличии возмущающего лазерного воздействия характеристики лазерной среды изменяются.

Целью предлагаемого способа является измерение (исследование) характеристик лазерной среды, в частности, при наличии возмущающего воздействия. В качестве возмущающего воздействия для примера рассмотрено воздействие на лазерную среду магнитного поля, создаваемого соленоидом 3 с источником тока 4. Направление вектора магнитного поля Н_m, создаваемого в лазерной среде, может быть выбрано как перпендикулярно оптической оси O₁-О₂ (фиг.1), так и параллельно ей. Возмущающее воздействие на лазерную среду 1 с помощью магнитного поля обуславливает изменение характеристик лазерной среды, заключающееся в изменении положения энергетических уровней, обуславливающих смещение полосы квантового усиления лазерной среды. Таким образом, после возбуждения лазерной среды 1 с помощью блока накачки 2 осуществляют формирование возмущающего воздействия на лазерную среду путем создания в объеме кюветы 1 постоянного магнитного поля с помощью соленоида 3, подсоединенного к источнику тока 4. Управление включением или выключением тока в обмотке соленоида 3 осуществляют с помощью блока обработки информации 12, с выхода которого управляющий сигнал поступает на вход источника тока 4. Далее осуществляют собственно определение характеристик лазерной среды в кювете 1. Для этого формируют первый оптический контрольный сигнал (ОКС) и пропускают его через кювету 1, заполненную лазерной средой. Формирование первого оптического контрольного сигнала осуществляют с помощью генератора первого оптического контрольного сигнала (ОКС) 5, в качестве которого использован, например, полупроводниковый лазер - лазерный диод. Первый ОКС формируют импульсно-периодическим в виде последовательности импульсов оптического излучения, получаемого за счет импульсно-периодической накачки лазерного диода. Рассмотрение реализации способа далее изложено на примере обработки одного импульса излучения первого ОКС. Данная обработка, выполненная для одного импульса излучения, повторяется далее для каждого последующего импульса излучения первого ОКС.

Накачка лазерного диода - генератора первого оптического контрольного сигнала 5 - осуществляется с помощью генератора импульсных сигналов 6, выход которого подсоединен к генератору 5. Генератор импульсных сигналов 6 формирует импульсно-периодическую последовательность электрических импульсов тока для накачки генератора первого ОКС 5 (лазерного диода), при этом длительность каждого импульса, а также момент времени его появления определяются управляющим сигналом (импульсом), поступающим на вход генератора импульсных сигналов 6 с выхода блока обработки информации 12.

Далее, как указано, рассматривается генерация и обработка одного импульса из формируемой импульсно-периодической последовательности импульсов.

Во время формирования первого ОКС осуществляют сканирование его частоты излучения (термин “сканирование” означает в данном изложении изменение соответствующего параметра во времени). Сканирование частоты f_к излучения первого ОКС осуществляют путем соответствующего сканирования частоты излучения генератора первого ОКС 5. В дальнейшем эти термины определяют одну и ту же операцию и считаются синонимами. В результате сканирования частота излучения f_к и соответственно длина волны λ _к излучения первого ОКС изменяется во времени по линейному (пилообразному) закону, условно представленному на фиг.2, поз.1. На фиг.2, поз. 2 условно представлен один импульс тока накачки, поступающий на электрический вход генератора 5 первого ОКС от генератора импульсных сигналов 6.

На фиг.2 показан момент времени t₁, являющийся моментом времени начала формирования первого ОКС, который соответствует переднему фронту импульса тока накачки (фиг.2, поз.2), формируемого генератором импульсных сигналов 6.

Сканирование частоты излучения f_к генератора первого ОКС 5 - полупроводникового лазерного диода - осуществляют путем изменения температуры данного лазерного диода, которое обусловлено воздействием токового импульса накачки, поступающего на лазерный диод от генератора импульсных сигналов 6, при этом за счет энергии, которую несет токовый импульс накачки, происходит не только возбуждение генерации лазерного диода, но и небольшое изменение его температуры , которая возрастает от начала к концу действия токового импульса накачки. Изменение температуры лазерного диода обуславливает изменение параметров резонатора лазерного диода и как следствие обуславливает изменение во времени (сканирование) частоты излучения лазерного диода. Изменение частоты излучения лазерного диода от температуры имеет в первом приближении линейный характер, и для лазерных диодов на основе соединений, например, GaAs (галлий-арсенид) составляет в длинах волн Δ λ _п=0,2 нм на 1К в пределах диапазона температур 4K∠ T∠ 300K [5]. Реализация режима сканирования частоты f_к излучения, генерируемого лазерным диодом, достигается при определенной, достаточно большой амплитуде тока импульса накачки, поступающей на лазерный диод, при которой за весьма малое время длительности импульса накачки происходит изменение температуры лазерного диода и изменение параметров его резонатора. Для сканирования излучения лазерного диода возможно также использование изменения гидростатического давления или неаксиального сжатия в магнитном поле [5]. В качестве генератора первого ОКС возможно использование помимо полупроводникового лазерного диода также лазерных генераторов на других физических принципах, обеспечивающих непрерывную перестройку (сканирование) частоты генерируемого излучения.

Далее сформированный первый ОКС с выхода генератора 5 первого ОКС пропускают через исследуемую лазерную среду, находящуюся в кювете 1. В момент времени прохождения первого ОКС через кювету 1 с лазерной средой соленоид 3 создает возмущающее магнитное поле Н_m, для чего источник тока 4 генерирует соответствующий импульс тока, проходящий через соленоид. Включение источника тока 4 осуществляют одновременно с генерированием первого ОКС генератором первого ОКС 5.

При формировании первого ОКС и пропускании его через кювету 1 оптический затвор 31 находится в открытом состоянии. Первый оптический контрольный сигнал поступает на вход кюветы 1 с выхода генератора 5 через первую формирующую линзу 7 и зеркала 13, 8, 24, которые выполнены полупрозрачными. Формирующая линза 7 осуществляет формирование параллельного светового пучка с выхода генератора ОКС 5. Сформированный световой пучок с выхода формирующей линзы 7, представляющий собой первый оптический контрольный сигнал, проходит через кювету 1 с исследуемой лазерной средой и далее зеркалом 9 и второй линзой 10 фокусируется на фоточувствительной площадке фотоприемника 11, который преобразует поступающий на него световой сигнал в электрический сигнал, поступающий далее на вход блока анализа импульсов 25. Далее посредством блока анализа импульсов 25 осуществляют периодическое измерение параметров первого ОКС после прохождения его через исследуемую лазерную среду. При периодическом измерении определяют амплитуды А_i выбросов интенсивности излучения первого ОКС и моменты времени t_ai их появления относительно момента времени t₁ начала формирования первого ОКС.

Блок анализа импульсов 25 осуществляет измерение параметров электрических импульсов с выхода фотоприемника 11, а именно измерение амплитуд выбросов поступающих импульсов и моментов времени их появления относительно момента времени t₁ начала формирования первого ОКС - переднего фронта импульса тока накачки (фиг.2, поз.2). Эта операция соответствует выполнению операции измерения параметров первого оптического контрольного сигнала после прохождения через лазерную среду. При выполнении этой операции определяют моменты времени t_ai появления выбросов интенсивности излучения первого ОКС и определяют амплитуды А_i этих выбросов. Для получения информации о моменте времени t₁, соответствующем переднему фронту импульса тока накачки, последний с выхода генератора импульсных сигналов 6 поступает на второй вход блока анализа импульсов 25. В регистры памяти, входящие в состав блока анализа импульсов 25, заносится информация об амплитудах выбросов A_i в анализируемом импульсе с выхода фотоприемника 11 и моментах времени t_ai их появления относительно переднего фронта t₁ импульса тока накачки (фиг.2, поз.2). В блоке анализа импульсов 25 определяют выброс с наибольшим значением амплитуды А₂ и момент времени t_a2 его появления относительно момента времени t₁. Этим реализуется операция определения выброса интенсивности излучения первого ОКС с наибольшей амплитудой А₂ и момента времени t_a2 его появления. На фиг.2 поз. 3 условно показан импульс с выхода фотоприемника 11, полученный в результате прохождения через исследуемую лазерную среду 1 сформированного первого ОКС. Показанному на фиг.2, поз.3 моменту времени t_a2 соответствует выброс с наибольшей амплитудой А₂. Информация об амплитуде А₂ данного выброса и моменте времени t_a2 его появления заносится в регистр памяти блока анализа импульсов 25. Данный выброс с наибольшей амплитудой А₂ соответствует моменту времени t_a2, в котором частота излучения f_k, генерируемого генератором 5 первого ОКС (лазерного диода), соответствует частоте полосы квантового усиления f_uv лазерной среды 1 при наличии в ней возмущающего воздействия, созданного магнитным полем, соленоида 3: f_k=f_uv. При этом частота полосы квантового усиления f_uv лазерной среды при наличии возмущающего воздействия является смещенной относительно частоты квантового усиления f_u0 лазерной среды в невозмущенном состоянии - при отсутствии магнитного поля Н_m=0, на некоторую неизвестную пока величину Δ f₁, обусловленную интенсивностью возмущающего воздействия - величиной созданного в лазерной среде магнитного поля Н_m, - и параметрами лазерной среды:

На фиг.2, поз.4 условно показан импульс на выходе фотоприемника 11, который мог быть получен при пропускании излучения первого ОКС через исследуемую лазерную среду при отсутствии возмущающего воздействия (Н_m=0). При этом момент времени t_a0 появления выброса с наибольшей амплитудой А₂₀ соответствует частоте генерации f_k0 генератора первого ОКС, совпадающего с частотой полосы квантового усиления f_u0 лазерной среды 1 при отсутствии внешнего возмущающего воздействия f_k=f_k0=f_u0 (см. фиг.2, поз.1). Задачей данного способа является определение частоты f_uv полосы квантового усиления лазерной среды при наличии возмущающего воздействия в виде, например, магнитного поля Н_m, а также определения коэффициента усиления К₂ лазерной среды в полосе квантового усиления на частоте f_uv при наличии указанного возмущающего воздействия.

Разность моментов времени t_a2-t_a0 характеризует величину сдвига частоты Δ f₁ полосы квантового усиления лазерной среды при наличии возмущающего воздействия. Однако точность определения сдвига частоты Δ f₁ по величине промежутка времени t_a2-t_a0 оказывается невысокой вследствие отсутствия точной информации о перестроечной характеристике генератора первого ОКС 5 - лазерного диода. Для обеспечения высокой точности определения величины частотного сдвига Δ f₁ полосы квантового усиления лазерной среды осуществляют формирование второго оптического контрольного сигнала (ОКС), который затем пропускают через исследуемую лазерную среду, после чего определяют параметры этого сигнала в результате прохождения через лазерную среду. Для формирования указанного второго ОКС ответвляют часть сформированного первого ОКС посредством третьего полупрозрачного зеркала 13. Далее осуществляют собственно формирование второго ОКС. Для этого осуществляют смещение спектра излучения ответвленной части первого ОКС на величину Δ f. Величина смещения Δ f в единицах измерения частоты (или в длинах волн Δ λ ) устанавливается и изменяется в устройстве, реализующем способ, в некотором заданном диапазоне частот и является точно известной величиной. Смещение спектра излучения осуществляют посредством акустооптического модулятора света 14. Для смещения спектра излучения ответвленной части первого ОКС на заданную величину Δ f пропускают излучения этой ответвленной части первого ОКС через акустооптический модулятор света, в котором возбуждают акустические волны с частотой модуляции f_M, соответствующей необходимой величине Δ f смещения спектра излучения ответвленной части первого ОКС. На управляющий электрод акустооптического модулятора света 14 (АОМС) поступает электрический управляющий сигнал с точно известной частотой f_M, сформированный в синтезаторе частоты 27 при поступлении на него управляющего сигнала с выхода блока обработки информации 12, определяющего величину этой частоты f_M. Электрический управляющий сигнал с выхода синтезатора частоты 27 усиливается электронным усилителем 26, поступает на управляющий вход АОМС 14 и обеспечивает возбуждение акустических волн в АОМС с частотой модуляции f_M, соответствующей частоте управляющего сигнала. В используемом АОМС 14 реализован режим модуляции проходящего через АОМС светового пучка акустическими волнами, соответствующий дифракции Брэгга [6, 9]. При этом режиме модуляции за счет дифракции световых волн на акустических волнах интенсивность всех дифракционный максимумов (порядков), кроме основного плюс или минус первого максимума, становятся пренебрежимо малыми. Частота дифрагировавшего светового пучка смещается относительно частоты входного оптического сигнала на величину f_M, соответствующую частоте управляющего электрического сигнала, поступающего на управляющий вход АОМС 14 от синтезатора частоты 27 через электронный усилитель 26. Таким образом, в результате прохождения через АОМС 14 ответвленной части первого ОКС весь излучаемый спектр последнего смещается на величину Δ f=f_M, которая обусловлена частотой управляющего электрического сигнала, сформированного в синтезаторе частоты 27. С помощью диафрагмы 16 и линз 15, 17 осуществляют выделение дифракционного порядка, полученного в результате дифракции в режиме Брэгга, распространяющегося под некоторым углом относительно оси О₃-O₄. При этом диафрагма 16 задерживает недифрагировавший световой поток, в котором отсутствует смещение частоты.

Далее выделенный продифрагировавший световой поток со смещенным на величину f_M спектром излучения, после расширения линзой 17 поступает на рассеивающую пластину 18, которая отражает световой поток в широком угловом поле относительно оптической оси О₅-О₆. С помощью линзы 19 и третьей диафрагмы 20, расположенной в фокусе линзы 19, осуществляют выделение из отраженного от рассеивающей пластины 18 светового пучка, распространяющегося в широком угловом поле, светового потока, распространяющегося строго вдоль оптической оси O₅-О₆. Этим реализуется формирование второго ОКС, обладающего смещением спектра излучения на заданную величину Δ f=f_M и распространяющегося строго по оптической оси О₆-O₇ независимо от углового смещения светового пучка на выходе АОМС 14, полученного в результате режима дифракции Брэгга светового пучка, поступающего на оптический вход АОМС 14 с выхода генератора первого ОКС 5. При этом линза 21 обеспечивает расширение сформированного светового пучка до некоторых заданных пределов, обусловленных размером входной апертуры кюветы 1, на вход которой направляют сформированный второй оптический контрольный сигнал. После формирования второго ОКС осуществляют его задержку по времени на величину Δ Т посредством оптической линии задержки 30. Для этого второй оптический контрольный сигнал с выхода линзы 21 поступает на вход оптической линии задержки (ОЛЗ) 30. Задержку по времени оптического сигнала осуществляют путем увеличения пути, проходимого данным сигналом, при этом длину L пути, проходимого задерживаемым ОКС, выбирают из условия L=Δ T· с, где с - скорость света, Δ T - величина необходимого времени задержки оптического сигнала. Последнюю выбирают, исходя из требования выполнения следующих условий: Δ Т>τ _c; Δ T>t_k, где τ _c - длительность времени отключения (выключения) источника тока 4, подключенного к соленоиду 3. Длительность времени отключения τ _c равно времени, необходимому для снятия возмущающего воздействия на лазерную среду. Величина Δ t_k - длительность импульса первого оптического контрольного сигнала, сформированного генератором 5 первого ОКС. Первое из двух условий обеспечивает пропускание второго ОКС после выключения магнитного поля, осуществляющего создание возмущающего воздействия в лазерной среде. Второе условие обеспечивает пропускание второго ОКС через кювету 1 после прохождения через нее первого ОКС. Генератор 5 первого ОКС формирует импульсы короткой длительности Δ t_k≅1 мксек, при этом τ >Δ t_k, и второе условие автоматически выполняется при выполнении первого из указанных условий.

Таким образом, после пропускания через кювету 1 с лазерной средой первого ОКС при наличии возмущающего воздействия в лазерной среде осуществляют пропускание через кювету 1 второго ОКС в следующий момент времени, при отсутствии возмущающего воздействия в измеряемой лазерной среде. В момент времени прохождения второго ОКС через кювету 1 с лазерной средой обеспечивают выключение (снятие) внешнего возмущающего воздействия на лазерную среду путем выключения источника тока 4 и обесточивания соленоида 3, для чего от блока обработки информации 12 на источник тока 4 поступает соответствующий управляющий сигнал в момент времени, непосредственно предшествующий прохождению второго ОКС через кювету 1.

Следует отметить, что во время пропускания как первого, так и второго ОКС лазерная среда в кювете 1 находится в возбужденном состоянии, обеспечиваемом блоком накачки 2 лазерной среды. После прохождения через оптическую линию задержки 30 второй ОКС направляют на вход кюветы 1 посредством зеркал 23, 24. После прохождения через кювету 1 второй ОКС аналогично первому ОКС поступает на вход фотоприемника 11 посредством линзы 10. Соответствующий второму ОКС электрический импульс поступает с выхода фотоприемника 11 на вход блока анализа импульсов 25.

Далее после прохождения через кювету 1 с лазерной средой второго ОКС осуществляют периодическое измерение его параметров, аналогично измерению параметров первого ОКС после прохождению через лазерную среду. Определяют амплитуды B_i выбросов интенсивности излучения второго ОКС и моменты времени t_bi их появления относительно момента времени t₁ начала формирования первого ОКС. Определяют выброс интенсивности излучения второго ОКС с наибольшей амплитудой В₂ и момент времени t_b2 его появления. Указанные операции осуществляют в блоке анализа импульсов 25. В последнем осуществляют периодическое измерение амплитуд выбросов импульсов и моментов времени t_bi их появления относительно момента времени t₁, определяют выброс с наибольшей амплитудой В₂ и момент времени его появления t_b2 относительно момента времени t₁ начала формирования первого оптического контрольного сигн