выбор лазера с отсутствием биения в районе 1.5ГГц

Собираемся наблюдать когерентное рассеяние со сдвигом около 1.5ГГц, измеряя интенсивность модулированной смеси падающего пучка и расеянного в том же направлении. Соотвестственно в этом районе частот не должно быть биений мод и тому подобного (шумов например, но с ними более менее ясно - полоса фильтра приемника будет весьма узкой...). Ориентируемся на гелий-неоновый лазер, как компромисс между доступнотью и качеством. В лаборатории есть одномодовые вероятно до 5мВ (ГН-5, ГН-5П - Плазма,Рязань), многомодовые вроде до 25мВ (лгн-120), одночастотных вроде нет. Руководство рассчитывает либо использовать то, что есть, либо приобретать желательно в пределах 6тыс. р. Ориентировочно потребуется мощность 7-8мВт. Так вот хотелось бы оценить биения в одномодовых и многомодовых лазерах, знаю лишь, что между двумя продольными при длине резонатора 1м на порядок меньше частота биения, чем 1.5ГГц, поэтому вопрос видимо восходит к тому: сколько мод продольных может генериться в этих лазерах? Удастся ли обойтись без однчастотного? Я правильно понял, что в моем случае многомодовый будет не хуже, чем одномодовый? (если нет, то почему=)). А так же быть может кто посоветует другой типа лазера для данной задачи? Всем Спасибо!

 

Из приведенного описания задачи трудно делать определённые выводы. Но я понимаю так, что приёмник с нужной полосой пропускания + сектроанализатор имеются. Тогда надо посмотреть спектр биений собственных мод лазера, который используется для возбуждения. Если он достаточно узкий по интегральной ширине, то можно попробовать увидеть вожделенные 1.5 ГГц. Если же нет, то искать новый лазер.
"Руководство рассчитывает ... приобретать желательно в пределах 6тыс. р."
Пошлите его далеко-далеко. Если нет всего готового, то Ваша задача с таким бюджетом не решается.
P.S. Возможно, Ваша задача проще решается методами оптической спектроскопии? Фабри-Перо Вам в помощь.

 

думаю лазер ге-не нормальный сейчас стоит тысяч 80 рублей

 

Спасибо, насчет интерферометра Ф-П надо подумать. А что за параметр для ге-не лазеров longitudinal mode spaсing? в среднем около 600мГц встречал в даташитах. Минимум около 300 для тех, что помощнее, максимум около 1000. Может биение между крайними продольными модами? Если так, то хорошо.
Но тогда вторая проблема (более мелкая): доля мощности основной поперечной моды с одномодовых лазерах по даташитам 95-99%. Как распределена остальная мощность по остальным поперечным модам?
На сколько я знаю фотоприемник есть на эту частоту с очень узкой полосой (видимо, в дополнение к этому спектроанализатора нет)

 

"...насчет интерферометра Ф-П надо подумать. "
Дальше - как в анекдоте: "А что тут думать? Надо трясти"!
Только правильно мерить нужно. Как правильно - см. книгу В.В. Рагульский "Обращение волнового фронта при вынужденном рассеянии света." Там Валерий Валерьянович подробно описывает, как измерять ВРМБ-сдвиги с помощью Ф-П. Поскольку в газах они, как правило, лежат в диапазоне 300-500 МГц, то Ваши 1500 МГц Вы видеть должны сравнительно легко. Вот только нужный Ф-П должен быть в наличии.

 

спасибо, поищу книгу, дам почитать профессуре (ибо я в КР не силен). Прикинул по даташиту, что вроде longitudinal mode spacing - биение между соседними продольными модами. Однако нашел данные о том, сколько мод генерится в типичных гелнео лазерах различной мощи:
http://www.repairfaq.org/sam/henemd1.gif
http://www.repairfaq.org/sam/henemd3.gif
http://www.repairfaq.org/sam/henemd8.gif
http://www.repairfaq.org/sam/henemd30.gif
Так что можно прикинуть для одномодовых лазеров в лаборатории...
А насчет трясти - сам мало догоняю про фабри-перо, может быть профессура сама разберется...))
Up: а у вас нет этой статьи? Не нашел в доступной форме

 

"...а у вас нет этой статьи? Не нашел в доступной форме".
Это не статья, а книга. Пусть и не очень большая по объёму. Увы, в электронном виде нет, только в классическом бумажном варианте. В Москве должна же быть в библиотеках. Но если очень надо, то могу отсканить несколько относящихся к делу страниц.

 

Спасибо, книга пока не нужна (так как руководство не собирается Ф-П юзать, а я предлагал=))

 

Я, конечно же, Вашей задачи не знаю. Например, откуда будет сдвиг на 1500 МГц. Но, IMHO, странное у вас руководство. Как этот сдвиг мерять, имея только один, пусть и очень хороший, фотоприёмник? Ф_П не нужен, а спектроанализатора нет.

 

рекомендую (многим) быть внимательнее в таких ситуациях, как например:
- я пошел на родник
- куда он пошел?
- он пошел за водой...
(а я на самом деле пошел на родник не за водой, а кто-то обнадежил людей,что будет вода...)
Так же и здесь: наблюдать рассеяние со сдвигом - не изначит мерить сдвиг. Грубо говоря, планируется проверить, есть ли он в данной полосе частот (1.5ГГц +/-сколько-то там). Сдвиг должен появляться (или значительо усиливаться) при включении магниного поля. То есть если после вкл поля сигнал с ФПУ усилился - значит все подтвердилось, а если ничего не изменилось: либо какое-то из положений некой гипотезы опровергается, либо просто сигнал/шум мал. Я сам не посвящен во все подробности нашей задачи, 1.5ГГц - видимо аналитическая оценка... Мощнось сигнала вроде также оценена (так как сделаны предположения о необходиой мощности лазера). Насчет среды: помню когда-то планировалось использовать ртуть (для наблюдения КР, но не факт, что именно такая же задача), а сейчас что - не знаю. Вообще идея с Ф-П мне лично в данной задаче приглянулась, но в плане фильтрации излучения перед вхдом в среду (тогда наверняка хорошо попробовать ЛГН-111 25мВт - а он есть). Хотя я не знаю типичных параметров Ф-П (ширина полосы пропускания, в идеале видимо должна быть оптимальна, чтоб достаточно фильтровать,но как можно больше мощности пропустить=))
Но спорить с вышестоящими инстанциями не хочу, да и вообще связываться, после столь агрессивного отказа от Ф-П...))

 

Я же не спорю. начальству, как всегда, виднее.
НО: если КР - это комбинационное рассеяние (я как-то привык, что это именно так), то причём здесь 1.5 ГГц? При КР частотные сдвиги много больше. А если "сдвиг должен появляться... при включении магниного поля", то, возможно, это эффект Зеемана и тогда всё правильно.
Если Вам с этим всем не париться, то забейте, пусть начальники и думают. А если работу на Вас спихнут, то надо "отбиваться". Ведь в Ваше

 

Догон(долбанул не по ой кнопке):
в Вашей схеме, как было сказано, есть узкополосный фильтр. Если точно чатотный сдвиг не известен, то он (фильтр) должен быть перестраиваемым. А такое бывае на 1500 МГц? Правда, если Зееман, то можно настроить частоту сдвига внешним магнитным полем и просканровать в неком диапазоне, а частоту фильтра сделать фиксированной. Но вопрос: "Чем регистрруем выходной сигнал после фильтра"?

 

слышал, что ЛФД. Вроде ЛФД вместе с филтом куплено (ну или на заказ сделано) Я так понял, теоретически предсказана частота сдвига и в соответствии с этим выбрана полоса ФПУ. Проф. передумал и теперь собирается брать лазер тыщ за 60 (рублей наверно=))), мВт на 5... Кстати как нащет этого? - viewtopic.php?f=42&t=3322 хотя врядли проф. на б\у согласится
Апддате: не сразу заметил предыдущий пост, отвечаю на него: так это не в службу а в дружбу, так как проф. мой Дед))) А насчет 1.5ГГц он мог и перепутать, ибо старый)) Он мне недавно говорил,что доплеровский конутр гелий-неонова лазера 1.5МГц)))) А когда я сказал, что в некоторых источниках указано 1.5ГГц, он взбунтовался, говорил "никто этого не измерял!"...))))) Насчет магнитного поля: проф. говорил, что рассеяние есть на этой же частоте и без него,но с полеммм оно усиливается
еще насчет ФПУ: если вдруг с купленным ЛФД и фильтром не получится, то м-но попробовать с ФЭУ(есть в лабораториях), Ф-П тоже вроде в лабах есть... А вобще мне лично видится надежным вариант взять ЛГН-111 и перед взаимодействием со средой очистить пучок с помощью Ф-П... а может лучше после взаимодействия... Или может еще надежнее - то, что здесь по ссылке продается, а особенно вместе с Ф-П))) Насчет сабжа по сылке сам Деду скажу)

 

Если предлагаемые по ссылке лазер(ы) непрерывные DPSS, то, IMHO, брать можно и даже нужно. Для DPSS 300 часов наработки - это совсем немного. Цена - приемлемая. Хорошо бы убедиться, что лазер действительно SLM. Для чего промерить длину когерентности. Если действительно несколько метров, то gut.

 

Кстати раз уж есть такой конкурент газовым лазерам, то какое же преимущество у газовых? только более высокая долговременная стабильность длины волны?

 

SLM != стабильность длины волны в общем случае. Но Вы правы. Если лазер - не частотно-стабилизированный, то у He-Ne уходы частоты будут много меньше.
Кроме того, твердотелники проигрывают по шумам. Не то, чтобы нельзя было сделать их малошумящими. Просто цена вопроса будет сильно отличаться.

 

Я вот тут подумал... а почему бы не юзать обычный лд? похоже, что биения у него только на частотах на порядки выше, чем 1.5ГГц? Может это хотябы не хуже, чем одночастотный ппл?

 

Ширина спектральной линии в 1,5 ГГц это около 20 см длины когерентности, что соответствует некоторым типам выпускаемых гелий-неоновых лазеров мощностью до 50 мВт. По моему ЛГН-120 должен давать. Для надежной регистрации, видимо надо чтобы в диапазоне умещалось не менее двух таких линий чтобы соответственно настроить разрешающий прибор. А еще лучше три-четыре линии. То есть могу порекомендовать не менее 0,5 м когерентности. Это вполне измеримо и достижимо. Однако диоды без специальных ухищрений дают длину всего несколько миллиметров, то же касается и DPSS не SLM лазеров. Гелий-неоновые малой мощности (обычно около 1 мВт) дают до нескольких метров, но как я понял такая мощность слишком мала. Делают еще гелий-неоновые с эталоном Фабри-Перо внутри, но цена их довольно велика. Убедиться в наличие сдвига можно например визуально при помощи того же Фабри-Перо в который загнать излучение исходное и после прохождения объекта. Либо проинтерферировать их и замерить яркость картины. Думаю также что небольшие шумы в районе нескольких процентов не помешают эксперименту. Насчет гелий-неонового лазера, спектр дополнительно излучаемых поперечных мод отличается не сильно и тоже вполне отсеивается при измерениях. Даже если в исходном спектре есть видимые шумы, можно сравнить до и после включения объекта. То есть, шум в несколько процентов уменьшат длину когеентности на тот же порядок только и всего. Но имеет значение, все ли входящее излучение должно сдвигаться в эксперименте или тольк часть. Если это небольшая часть но с сохранением и исходной мощности, надо выбирать соответственно чистый спектрально пучок. Еще для оценки результата можно собрать интерферометр Майкельсона и замерить длину когерентности до и во время эксперимента. Но вот для этого нужно чтобы ширина спектра была стабильна во времени. То есть за время эксперимента и сбора параметров не должна меняться длина волны и когерентности. У имеющихся лазеров это минуты точно, может быть десятки минут. Можно ли за это время успеть сделать замеры?
Кстати я не стал бы считать предлагаемые лазеры б/у ибо они пересобраны и переюстированы, а наработка диодов не превышает времени тестирования изготовителем.

 

Спасибо! Кое что смогу прокомментировать:

Проф. собирается регистрировать мощность смеси зондирующего пучка и сдвинутого по частоте (типа гетеродинный прием) - в этом случае, как он сказал - Перо не прокатит в силу того, что сдинутого будет малая доля. Требования, названные им, по которым, на сколько я понял, выполнен предоставленный ему электронный блок ФПУ, вероятно соответствуют предполагаемому уровню сдвинутого излучения, из чего, на сколько я понял, следует названные мною предположительные требования к шумам (10Е-6 в полосе 1МГц на центральной 1.5ГГц при мощности лазера 10мВт в предположении параметра ЛФД М=100). Хотя может быть никакого предполагаемого уровня сдвинутого излучения и не было, и он просто заказал ФПУ (заказанный ФПУ у него уже имеется) с весьма низкими шумами... Я предлагал ему пробовать лазеры, которые уже имеются в лаборатории (а среди них и гарны хлопец лгн-120 имеется), но он только разгневался)) Также он гневается, когда слышит "Фабри-Перо". Уговорить его тяжело, ибо слишком крут
Что-то я сам по мере того, как думаю, все меньше и меньше начинаю понимать, как все это будет работать)))

 

Хорошо бы знать предполагаемую мощность ожидаемых новых линий излучения. Если речь о том чтобы зафиксировать уширение линии или появление дополнительных линий в указанной ширине (1.5ГГц) в основном спектре, без какого либо интерферометра (или монохроматора) как мне кажется не обойтись. Можно применив монохроматор в виде например ненастроенного и. Майкельсона, зарезать основную линию и разместить фотоприемник (фотодиод или фотоумножитель) в области минимума. Появление там даже небольшой дополнительной мощности будет сразу заметна, даже если это микроскопическая величина. Как я понимаю, напрямую резать спектр с помощью Фабри-Перо не нравится профессору, потому что он сильно на несколько порядков уменьшает выходную мощность и результат может быть не зафиксирован даже ФЭУ. Хотя теоретически возможно создать сканирующий ИФП имеющий полосу пропускания равную или меньше 1.5ГГц и просто осциллографом увидеть дополнительные линии. Исходя из этих данных, колебания амплитуды в районе нескольких процентов исходной мощности не должно никак сказываться на результатах, ведь мощность нового излучения также будет колебаться синхронно, почему заморачиваться с обратной связью по мощности возможно не имеет смысла. Главное в конструкции измерительной схемы не допустить попадания обратного излучения назад в лазер - тогда в нем возникнут дикие частотные шумы. Если оптическая схема этого не гарантирует, рекомендую все же использовать нечувствительный к этому лазер (например одночастотный гелий-неон или DPSS) либо применять оптический диод сразу после лазера (например у меня есть изолятор Фарадея на эту длину волны - я эту проблему для себя уже решал успешно). Изолятор если заказывать тоже стоит около 2000 долларов, но даже с учетом этого итог меньше чем новый одночастотный гелий-неон. Есть еще вариант просто проверить после настройки схемы, не вышел ли диод из одночастотного режима при помощи того же Фабри-Перо и если вышел, чуть-чуть сдвинуть оптические оси. Фабри-Перо способный это легко и быстро показать у меня также имеется (им я и контролирую SLM), да мне кажется соответствующие зеркала должны быть у вас в лаборатории. Годятся зеркала от Гелий-неона, там зачастую ставится одно зеркало плоское и его можно использовать.