Оптический удвоитель частоты

 

ОПТИЧЕСКИЙ УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОШ , содержащий термостат с помещенными в него температурным измеритель .иым мостом, нагревателем, нелинейным кристаллом с нанесенными на его противоположные грани, параллельные направлению распространения преобразованногй, излучения, токопроводящими электродами, делительную пластинку , фотоприемник, компаратор, генератор пилообразного напряжения, электронный ключ, электронной фильтр, усилитель, фазочувствительньй демодулятор , схему спрямления и задержки, генератор,первый смеситель, интегратор , дифференциальный усилитель, ёоедЕр1ненный входом с измерительным мостом, а выходом с первым входом Компаратора, второй вход которого соединен с генератором пилообразного напряжения, а выход - с входом электронного ключа, выход которого соединен с нагревателем термостата, клход фотоприемника соединен с входом электронного фильтра, выход ко;тррого соединен с входом усилителя выход усилителя соединен с первым входом фазочувствительного демодупя-; тора, второй вход которого соединен с выходом схемы спрямления и задертк ки, ВХОД которой соединен с выходом генератора, выход генератора соединен также с первым входом первого смесителя Jвыход которого соеда1нен с токопроводящими электродами на, нелинейном кристалле, второй вход первого смесителя соединен с выходом интегратора, вход которого соединен с выходом фазочувствительного демодулятора , о т л и чающийся тем, что, с целью расширения диапазона допустимых флуктуации уровня мощности преобразуемого излучения; в котором осуществляется удвоение частоты излучения с высокой эффективностью , а также снижения числарегулировок в процессе работы, в него дополнительно вводят второй и третий смесители, дифференцирующую схему, первый, второй и третий ограничители, преобразователи напряжение-частота импульсов, частота импульсов-двоичный код и цифро-аналоговый преобразователь , схему поиска, при этом 00 СП первый вход второго смесителя соеди- . нен с выходом интегратора, а второй вход - с Ш.1ХОДОМ дифференцирующей схемы, вход которой соединен с выхоО1 дом интегратора, выход второго смесителя соединен с входом третьего ограш1чителя и с входом преобразователя напряжение-частота импульсов выход которого соединен с первым входом преобразователя частота импульсов - двоичный код, второй вход которого соединен с выходом третьего ограничителя, а третий вход соединен с выходом первого ограничителя.

СОЮЗ СОВЕтсНИХ

ООцИАлистичесних

РЕСПУБЛИК

15@ 4 6 02 F 1/37

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А.В ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OYHPblTHSIM пРи Гннт сссР

)(21 ) 33365f2/18-25 ,(22) 02,09.81 (46) -30.11.89. Бюл. 11l 44. (71) Институт технической теппофизи ки АН УССР (72)П.Г. Конвисар,. В.В. Петриченко;

А.С. Покаржевский, С.P. Рустамов и А.И. Щербань (53). 535.530 (088.8) (56) Патент США IIl 3524147, кл. Н 01 S 3/13, 1970.

Патент СИА Р 4019159, кл. Н 01 S 3/13, 1975. (54)(57) ОПТИЧЕСКИЙ УДВОИТЕЛЬ ЧАСТО.ТМ, содержащий териостат с помещенными в.него температурным измеритель,ным мостом,.нагревателем, нелинейным кристаллом с нанесенными на его противоположные грани, параллельные. направлению распространения преоб- разованного,излучения, токопроводящими электродами, делительную пластинку, фотоприемйик, комнаратор, генератор пилообразного напряжения, электронный ключ, электроннйй фильтр, усилитель, фазочувствительный демоду лятор-, схему спрямления и.задержки, генератор,первый .смеситель, интегратору дифференциальный усилитель, соединенный входом с измерительным мостом, а выходом - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с генератором пилообразного напряжения, а выход — с входом электронного ключа, выход которого соединен с нагревателем термостата, ; выход фотоприемника соединен с входом электронного фильтра, выход ко торого соединен с входом усилителя, выход усилителя соединен с первым

„„SU„„ I 1 5)5 А1

2 входом фазочувствительного демодуля-. тора, второй вход которого соединен с выходом схемы спрямления и задерж ки, вход которой соединен с выходом генератора, выход генератора соединен также с первым входом первого

:смесителя выход которого соединен с

l токопроводящими электродами на. не-линейном кристалле, второй вход первого смесителя соединен с выходом интегратора, вход которого соединен с выходом фазочувствитепьного демодулятора, отличающийся тем, что, с целью расширейия диапазона допустимых флуктуаций уровня мощности преобразуемого излучения, в котором осуществляется удвоениечастоты излучения с высокой эффективностью, а также снижения числа регулировок в процессе работы., в него дополнительно вводят второй и третий омесители, дифференцирующую схему, первый, второй и третий ограничители, преобразователи "напряжение-частота импульсов", "частота импульсов-двоичный код" и цифро-аналоговый преобразователь, схему поиска, при этом первый вход второго смесителя соеди.нен с выходом интегратора, а второй вход - с выходом дифференцирующей схемы, вход которой соединен с выходом интегратора, выход второго смесителя соединен с входом третьего ограничителя и с входом преобразователя " напряжение-частота импульсов7, .выход которого соединен с первым входом преобразователя "частота импульсов — двоичный код", второй вход которого соединен с выходом третьего ограничителя, а третий вход соединен с выходом первого ограничителя, 10185! 5

40 вход которого соединен с выходом фотодетектора, выход преобразователя "частота импульсов — двоичный код соединен с входом цифро-аналогоИ вого преобразователя, выход которого

5 соединен с первым входом третьего смесителя, второй вход которого соединен с выходом схемы поиска, первый

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к оптическим преобразователям частоты, использующим нелинейные кристаллы, с температурным управлением условиями синхронизации.

Известен удвоитель частоты излучения.

Этот удвоитель содержит в цепи обратной связи электрическое поле, приложенное к кристаллу-удвоителю частоты, излучения, обеспечивает стабильный уровень мощности преобразованного излучения только при незначительных фпуктуациях мощности вход - ного сигнала.

Известен также удвоитель часточи лазерного излучения, который содер" жит термостат, в который помещен тем" пературный измерительный мост, нагреватель, нелинейный кристалл с нанесенными на его противоположные грани, параллельные направлению распространения преобразованного излучения .токопроводящими электродами, делительную пластинку, фотоприемник, регистрирующий часть преобразованного излучения дифференциального усилителя, соединенного первым входом с выходом измерительного моста, на вход которого подается напряжение

4 выход дифференциапьного усилителя соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с первым генератором, а выход - с входом электронного ключа, выход которого соединен с нагревателем термостата, выход фотоприемника соединен с входом электронного фильтра, выход которого соединен через усилитель с первым входом фазочувствительного детектора, второй вход которого соеI динен с выходом схемы спрямления и задержки, вход которой соединен с выходом генератора, выход генератовход которой соединен с выходом первого.ограничителя, второй вход - с выходом интегратора, третий вход — с выходом второго ограничителя, вход которого соединен с первым входом третьего смесителя, выход которого соединен со вторым входом дифференциального усилителя. ра соединен также с первым входом первого смесителя, выход которого соединен с токопроводящими электродами на нелинейном кристалле, на второй вход первого смесителя подается через усилитель сигнал с выхода интегратора, вход которого соединен с выходом фазочувствительного демодулятора.

Описанное устройство работает при небольших колебаниях уровня мощности входного излучения — 1-2Х. Одкако на практике такую высокую стабильность получить очень трудно, она достигается ценой существенного усложнения лазерных систем. Реаль+ ные колебания уровня излучения отечественных лазерных систем достигают

5-10Х При таких колебаниях входного излучения описанная система работает неустойчиво. С помощью ее в этих условиях практически невозможно получить требуемую стабильность выходного излучения удвоенной частоты. Кроме того, полоса частот отслежнваеьих флуктуаций в цепях регулирования описанной системы недостаточно широкая, с практической точки зрения . Это приводит к тому, что при резких колебаниях (скачкообразных изменениях) уровня входного излучения или переключениях мод генерации лазера в описанной системе.происходят необратимые срывы процесса регулирования. В результате допустимый диапазон флуктуаций уровня мощности преобразуемого излучения, в котором осуществляется эффективное удвоение частоты, мал, что затрудняет создание стабильных, работающих длительное время без дополнительных регулировок удвоителей оптического излучения.

Недостатки работы описанной системы обусловлены следующими обстоятельствами: при резком и значительном из038515

1О

5 менении уровня входного оптичесхого сигнала температура кристалла также резко изменяется особенно это каса-.; ется. ограниченной по объему зоны синхронизма кристалла). При этом рабочая точка на колоколообразной кривой выходной характеристики оптического удвоителя частоты. смещается от .максимального значения выходной .энергии. В результате в системе намечается тенденция к резкому падению -эффективности преобразования.

Система стремится вернуть рабочую точку в исходное состояние с помощью изменения температуры термостата, а также воздействием электрического поля. Однако на быстрое изменение температуры зоны сиихронизма кристалла не отреагирует цепь температурной регулировки, так:как эта цепь (кристалл, температурный датчик, спираль нагревателя, кристалл) принципиапьио инерционна. Электрическое поле системы в состоянии быстро скомпенсировать температурный уход рабочей точки, но амплитуда электрического напряжения, прикладываемого к кристаллу, ограничена пробивной величиной. В результате температурная реакция системы не успевает за быстрой и большой . флуктуацией в цепях регулирования, а реакция поля ограничена по величине.

В этом случае происходит необратимый

{с точки зрения автоматического управления) срыв процесса регулирова ния, Цель изобретения — расширение диапазона допустим и флуктуаций уровня мощности преобразуемого излучения, в котором осуществляется удвоение излучения с высокой эффективностью и также снижение числа регулировок пре.образователя в процессе рабяты.

Цель достигается тем, что в удвоителе частоты лазерного излучения, содержащем термостат с помещенными.в него температурным измерительным мостом, нагревателем, нелинейным кристаллом с нанесенными .на его противоположные грани, параллельные направлению распространения преобразованного излучения, токопроводящими электродами, делич ельную пластинку, фотоприем-. ник, компараторы, генератор пилообразного напряжения, электронный ключ электроняий фильтр, .уснлитепь, фазо-. чувствитепьный демодулятор, схему спрямпения и задержки, генератор, первый смеситель, интегратор, дифференциальный усилитель, соединенный входом с измерительным мостом, а выходом с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с генератором пилообразного напряжения, а выход— с входом электронного ключа, выход которого соединен с нагревателем термостата,-выход фотоприемника соединен с входом электронного фильтра, выход которого соединен с входом усилителя, выход усилителя соединен с первым входом фазочувствительного демодулятора, второй вход которого соединен с выходом схемы спрямления и задержки, вход которого соединен с выходом генератора, выход генерато- ра соединен также с первым входом первого смесителя, выход которого соединен с токопроводящими электродами на нелинейном кристалле, второй вход первого смесителя соединен с выходом интегратора, вход которого

25 соединен с выходом фазочувствительного демодулятора, дополнительно.. вводят второй и третий смесители, дифференцирующую схему, первый, второй и третий ограничители, преобразователи "напряжение-частота иипуль-. сов", " частота импульсов двоичный код" и цифро-аналоговый преобразователь, схему поиска, при этом первый вход второго смесителя соединен с вы-" ходом интегратора, а второй входI с выходом дифференцирующей схем, вход которой соединен с выходом интегратора, выход второго смесителя соединен с входом третьего ограничителя и с входом преобразователя напряжение — частота импульсов", выход которого соединен с первым входом преобразователя "частота импульсовдвоичный код", второй вход которого

45, соединен с выходом третьего ограничителя, а третий вход соединен с выходом первого ограничителя, вход кото-. рого соединен с выходом фотодетектора, выход преобразователя "частота:

50 импульсов — двоичный код" соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом третьего смесителя,. второй вход которого соединен с выходом схемы поиска, первый вход которой соединен с выходом первого ограничителя, второй вход — с выходом ин-. тегратора, третий вход — с выходом .

j второго ограничителя, вход которого

1018515 соединен с первым входом третьего смесителя, выход которого соединен со вторым входом дифференциального усилителя.

На фиг.l дана схема оптического удвоителя частоты; на фиг.2 — зависимость между входными и выходными величинами отдельных элементов удвоителя .

На фиг. l входной луч лазера 1 с оптической частотой, подлежащей удвоению, попадает на оптический нелинейный кристалл 2.

Кристалл помещен в термостат, име- 15 ющий корпус 3, термоизоляционный слой 4, металлический тепловой экран 5, спираль нагревателя 6, держатель кристалла 7, слюдяную прокладку

8. На кристалл со стороны его противоположных широких граней напипены токопроводящие электроды 9, к которым подводится электрическое напряжение для образования электрического поля в кристалле. Между держателем 25

7 и слюдяной прокладкой 8 размещен температурный измерительный мост 10, в плече которого установлен медный термометр сопротивления. Выходной луч 11 содержит составляющую удвоен- 30 ной частоты. Со стороны входа и выхода кристалла в термостате выполнены оптические окна.12. Преобразованное излучение проходит через узкополосный оптический фильтр 13, выделяющий удвоенную частоту. Часть излучения удвоенной частоты, отразившись от полупрозрачного зеркала 14, попадает на фотодетектор 15 в котором излучение преобразуется в электричес- 40 кий сигнал. Начальная температура нагрева термостата задается с помощью переключателя 16, соединненого с измерительным мостом 10. Сигнал разбаланса температурного моста подает- 45 ся на вход "А" дифференциального усилителя 17, на вход "Б" этого усилителя подается сигнал схемы поиска, смешанный с выходным сигналом узла тонкой температурной подстройки. Генератор пилообразного напряжения 18 подключен к входу "Б" компаратора 19, на второй вход "A" которого поступает сигнал с выхода усилителя 17. Выходной сигнал компаратора 19 в виде импульсов управляемой длительности пос-. тупает на вход ключа 20, нагрузкой которого служит спираль нагревателя

6 термостата. управляющее злектрическое напряжение, подводимое к электродам 9, подается с выхода смесителя

21. Это напряжение промодулировано напряжением синусоидальной формы, вырабатываемым генератором 22, выход которого соединен с входом "Б" смесителя 21.

На второй вход "А" смесителя 21 подается смешивающее напряжение заведомо большого уровня по сравнению с модулирующим.

Синусоидальное напряжение с выхода генератора 22 подаеч ся на усилитель

23, а также на схему спрямпения и (регулируемой в процессе настройки удвоителя) временной задержки 24.

Сигнал модуляции выходного излучения полученный как результат воздействия синусоидального напряжения генератора

22 на электроды 9 кристалла, присутствует и на выходе фотодетектора 15.

Выход фотодетектора 15 соединен с входами фильтра 25 и ограничителя уровней 26. Выходной сигнал фильтра

25, усиленный усилителем 27, поступает на. вход ",А" фазочувствительного демодулятора 28, на второй вход "Б" которого поступает задержанный и спрямпенный на схеме 24 синусоидапьный сигнал генератора 22. Последний служит для демодулятора 28 опорным сигналом.. Демодулятор 28 осуществляет анализ совпадения (или отклонения в ту нли другую сторону) рабочей точки удвоителя с точкой максимума его выходной характеристики. Выход фазочувствительного демодулятора 28 соединен с входом интегратора 29. Интегратор 29 формирует сигнал основного воздействия (смещающее электрическое напряжение) на кристалл. Этот-сигнал подается на вход смесителя 21.

Кроме того, выход интегратора 29 соединен также с входом "А" смесителя 30 и входом дифференцирукицей схемы

31, выход которой соединен .с входом

"Б" смесителя ЗО. Смеситель 30 входит в узел тонкой температурной настройки (обозначено на фнг.l пунктирной линией).

Сигнал на выходе смесителя 30 имеет две составляющие: первая составлянщая пропорциональная величина смещающего электрического поля, а вторая—

его производной i по времени. Выход смесителя 30 соединен с входами ограничителя 32 и преобразователя "напряжение-частота импульсов" 33. Импульсы Ф.

9 10185

15 10 го .пропорциональна отклонению температуры термостата от заданной с по-, мощью переключателя 16. Усиленный на усилителе 17 сигнал разбаланса температурного моста 10 подается на вход

"А" компаратора 19. В связи с тем, что на вход "Б" компаратора 19 подается периодический пилообразный сигнал от генератора 18, на его выходе

Формируются импульсы с частотой следования генератора 18 ц изменяемой длительностью, которая зависит от велич ыы разбаланса температурного моста 10. Эти импульсы управляют ключом 20, нагрузкой которого является спираль нагревателя 6 термостата. Оерез некоторое время после включения термостат выйдет на заданную температуру нагрева кристалла. На протяжении всего времени,.пока потенциал на входе "Б" усилителя 17 равен нулю, температура термостата будет удержи". ваться на заданном значении.

После прогрева термостата включа1 ют входной луч лазера 1. В данном случае входной луч имеет длину волны .

I 06 мкм. Он проходит через,прогретый до заданной температуры кристалл.

В кристапле происходит преобразование части энергии входного луча s энергию ниже температуры синхрониэма

Т, при которой эффективность преобразования кристалла максимальна. В этом случае выходной луч удвоенной астоты будет иметь некоторую началь1гую энергию Е„, уровень которой заведомо ниже требуемой. Выходное злучение удвоенной частоты отфильтовывается оптическим фильтром 13. асть его, отразившись от полупрозачного зеркала 14, попадает на вход отодетектора 15. В„ ц соответствует екоторому начальному напряжению Unto (см. Фиг.2б) на вцходе фотодетектоа 15 Цначэ попадая иа вход огранителя 26, преобразуется на его выоде в определенный уровень напряжекоторый по входу "В" схема поска 38 запускает ее, а по входу "В" реобразователя 34 блокирует работу зла тонкой температурной настройки. абота .схемы .поиска подробно будет писана ниже, отметим, что выходной гнал схемы поиска 38, пройдя чеез смеситель Зб,попадает на вход Б" дифференциального усилителя 17. зникший разбаланс на входе усили-еля 17 начинает увеличивать -темперас выхода преобразователя 33 подаются на вход "А" преобразователя "частота импульсов-двоичный код" 34. На второй вход "Б" преобразователя 34 подается сигнал с выхода ограничителя

32, а на третий вход "В" — блокирующий сигнал с выхода ограничителя 26.

Выход преобразвателя 34 соединен с входом цифро-аналогового преобразо16 вателя (ЦАП) 35. С выхода ЦАП 35 сту" пенчатый сигнал, пропорциональный saфиксированному преобразователем 34 числу электрических импульсов, поступает на вход "А" смесителя 36 и

1S на вход ограничителя больших уровней

37. На входы схемы ° поиска 38 поступают три сигнала:. по входу "А" сигнал с выхода ограничителя 37, служащий командой на вкпючение схемы пояс- 20 ка при достижении .уровня выходного сигнала схеги тонкой температурной настройки, близкого к максимуму, по входу "Б" — с выхода интегратора 29 сигнал, который служит указанием. на нап- 25

1равление поиска при срыве процесса регулирования удвоителя, по входу "В" с выхода ограничителя 26 сигнал,да,ющий команду на включение (или блокировку) работы схемы поиска при скачкообразном уменьшении (увеличении) уровня выходного излучения оптического удвоитепя, Сигнал на выходе схемы поиска, когда она не блокирована, имеет форму линейноизменяющегося (в сторону увеличения или уменьшения) напряжения. Когда работа 35 ч схемы поиска блокирована, на ее выходе удерживается неизмененный по величине уровень напряжения, соответствующий моменту блокировкй. Выход схемы поиска 38 соединен с входом "Б" смеси-40 Р теля 36. Выход смесителя 36 соединен с входом "Б" усилителя 17.

Работа оптического удвоителя частоты заключается в следующем. При помощи переключателя 16 (Фиг.1) положе- 45 ния которого могут быть проградуиро- р ваны в единицах измерения температу- ч ры (в данном случае в единицах гра- х дусов С), на панели прибора устанав- ния о ливают требуемую температуру началь- . M u ного нагрева термостата. - Эта темпера- п тура может находиться в достаточно У широкой зоне (в данном случае 110 C) р от действительной температуры синхро- о низма кристалла, например, . от +60 С. си

После включения электрического пита-1 р и и ния- прибора на вход "Б" усилителя 17 подается нулевой потенциал, а на вход Во

"А" подается сигнал, величина которо- т

11 10 туру термостата, в результате чего рабочая точка оптического удвоителя смещается по выходной характеристике (см.фиг.2а) вправо. При достижении температуры Т на выходе Фото1 детектора 15 установится некоторое напряжение (напряжение захвата У,„„), оно вырабатывает на ограничителе 26 некоторый, отличный от начального, уровень выходного напряжения, который блокирует работу схемы поиска 38 и запускает узел тонкой температурной подстройки. С этого момента происходит "захват" регулирования с по" мощью электрического поля в комбинации с тонкой температурной подстройкой. Происходит это следующим образом. С выхода генератора 22 электрический синусоидальный сигнал (в данном случае с частотой 330 Гц) через смеситель 21 подается на электроды 9.

Под действием переменного электрического поля, приложенного к кристаллу, выходной луч оптического удвоителя частоты оказывается промодулированным той же частотой. Эта же переменная частота в качестве составляющей присутствует и на выходном напряжении фотодетектора 15. Она изображена на фиг.2б в виде синусоиды с началом в точке IJ „ соответствующей температуре кристалла Т„. Переменная составляющая с выхода фотодетектора 15 отфильтровывается узкополосным фильтром 25, усиливается усилителем 27 и поступает на вход "А" фаэочувствитель ного демодулятора 28. На вход "Б" демодулятора 28 поступает спрямпенный и задержанный на подстраиваемом эле" менте задержки 24 сигнал синусоидального генератора 22, который для де" модулятора 28 служит опорным сигналом

С помощью элемента задержки 24 устраняется начальный сдвиг фаз между сигналаии, поступающими на вход "А" и

"Б" демодулятора 28. Указанный фазо" вый сдвиг необходимо устроить для эффективной работы демодулятора 28.

Он образуется эа счет накапливания задержки при прохождении сигнала по цепи: от генератора 22 через смеситель 21, электроды 9, оптическое излу чение 11, фотодетектор 15, фильтр 25 и усилитель 27. На выходе фазового демодулятора 28 формируется ступенчатый сигнал (см.фиг.2а,в), который принимает фиксированное значение в области выходной характеристике от

18515 12 точки Т до Т . Выходной сигнал демодулятора 28 интегрируется на интеграторе 29 и поступает на смеситель 21

5 в виде постоянной составляющей управляющего напряжения подается на электроды 9. Это напряжение стремится переместить рабочую точку удвоителя в точку максимума его выходной характери стики при н еиз менной т емп ера туре кристалла (в описанном состоянии она равна Т„). Одновременно выходной сигнал интегратора 29 поступает на вход

"А" смесителя 30 и на вход дифферен15 цирующей цепи 31. Так как выход дифференцирующей цепи соединен с входом

"Б" смесителя 30, на выходе смесителя 30 сигнал оказывается пропорцио- нальным как амплитуде смещающего нап20 ряжения, так и его производной по времени. Рассмотрим далее работу узла тонкой температурной подстройки. Преобразователь 33 преобразует выходное напряжение смесителя 30 в частоту

25 импульсов, которые поступают на вход

"А" преобразователя "число импульсовкод" 34. Преобразователь 34 в данном случае выполнен в виде двоичного реверсивного счетчика со счетным входом ,30 "А". По входу "Б" к нему подходит управляющий сигнал на переключение прямого счета в реверсивный и наоборот.

Этот сигнал формируется ограничителем 32. По входу "В" преобразователя

34 поступает уже описанный сигнал, блокирующий (деблокирующий) работу узла тонкой температурной настройки от ограничителя 2б.

В рассмтриваемом состоянии узла ,10 тонкой температурной подстройки реверсивный счетчик 34 по входу "Б" включается на прямой счет импульсов, ° в то время как по входу "В" на него поступает деблокирующий сигнал. На

45, выходе преобразователя 34 формирует;ся двоичный код, значение которого ,пропорционально зафиксированному счетчиком количеству импульсов. При температуре Т> (см.фиг.2a) смещаю50 щее напряжение, подаваемое через смеситель 21 на электроды 9, близко к максимальному, преобразователь 33 вырабатывает импульсы также с повышенной частотой следования, близкой к максимальной., Преобразователь (ЦАП)

35, соединенный своим входом с выходом преобразователя 34, на каждый заФиксированный счетчиком импульс вырабатывает один квант ступенчато нарас5

3S

55

13

10 тающего напряжения, которое, пройдя по входу "А" смесителя 36, c его выхода поступает на вход "Б" дифференциального усилителя 17. При этом на входе "Б" смесителя 36 зафиксировано и удерживается на неизменном уровне некоторое напряжение с выхода схемы поиска 38. Описанным ранее способом на каждый- квант напряжения с выхода преобразователя 35 термостат повышает свою температуру на определенную величину Т;.которая в данном случае ориентировочно равна х0,02 С. Максио мальная частота следования импуль- . сов преобразователя ЗЗ подобрана экспериментально. Она не должна быть слишком высокой с тем, чтобы термостат успел отработать каждый импульс (в данном случае она равна 0,5. Гц).

В результате описанных процессов после достижения термостатом температуры Т, дальнейшее ее повьш ение происходит порциями за счет работы узла тонкой температурной настройки. Приращение температуры термостата сопровождается уменьшением амплитуды смещающего напряжения. Это будет происходить до тех пор, пока температура термостата не достигнет значения Т, а амплитуда смещающего напряжения (его постоянная составляющая) не ста- . не равной нулю. На протяжении всего процесса повышения температуры термостата от значения -Т, до Т уровень выходной энергии излучения удвоенной

"частоты близок к максимальному, т.к. любое повышение температурного воздействия на кристалл сопровождается компенсирующим воздействием на него с помощью электрического поля. Прн достижении температуры термостата значения Т переменная составляющая на .выходе фотодетектора 15 равна нулю, напряжения на выходе усилителя 27 и фазового демодулятора 28 также равны нулю (см. фиг.2б,в).

На выходе интегратора 29 также установится нулевой уровень. И если .. резких скачков температуры в узкой окрестности точки (То) не наблюдает ся, напряжение на выходе дифференци рующей схемы 31 также будет равно нулю. В результате этого на выходе смесителя 30 также установится нулевой выходной сигнал, а преобразователь 33 прекратит генерацию импульсов. Преобразователи 34 и 35 зафик1уируют свое выходное напряжение, в

18515 14 результате чего на выходе усилителя17 также установится некоторая фиксированная величина напряжения и температура термостата застабилизируется в точке Tä. Узел тонкой температурной настройки при этом не отключается. Высокий уровень постоянной . составляющей на выходе фотодетектора 15 через ограничитель 26 продолжает удерживать по входу "А" в рабочем положении преобразователь 34 и блокирует схему поиска 38 по входу "В". Если в окрестности точки Т возникнут быстрые флук туации температуры, например, за. счет нестабильности входного излучеI ния удвоителя, узел тонкой настройки будет вырабатывать серии ступенек выходного напряжения за счет работы дифференцирующей схемы 31. Эти серии вызовут упреждающие изменения температуры термостата, направленные навстречу флуктуациям.

Если по каким-то причинам темпе- ратура термостата увеличится и приобретет значение Т (см.фиг.2а,б), уровень выходного излучения частоты будет стремиться к уменьшению. При смещении рабочей точки удвоителя впра во от точки максимума (в сторону перегрева) фаза синусоидального сигнала на выходе фотодетектора 15 "опрокидывается" на 180 . Это иллюстрируется на фиг.2а и б, на примере рабочей точки, соответствующей температуре Т . При этом сигнал на выходе фазо" . чувствительного демодулятора 28 поменяет. свою полярность (см.фиг.2в). На выходе интегратора 29 напряжение также изменит свою полярность. Таким образом, управляющее напряжение, по-. даваемое на электроды 9, станет отри-; цательным и будет компенсировать перегрев кристалла для поддержания энергии выходного излучения удвоенной частоты на уровне близком к максимальному. Аналогично, как и в случае ухода рабочей точки удвоителя влево от точки максимума выходной энергии, узел тонкой температурной настройки стремится уменьшить температуру кристалла с тем, чтобы постоянная составляю щая управляющего электрического поля стала равной нулю. Происходит это следующим образом. Отрицательное напряжение с выхода интегратора 29 смешивается с сигналом производной на сме-. сителе 30 и подается на преобразователь 33. В преобразователе оно выпрям18515 1б ния с его выхода через ограничитель

37 заведена связь на вход "А" схемы поиска. Рассмотрим этот процесс на примере максимального достижения выходного сигнала преобразователем 35, В этом случае после включения схемы поиска ее выходное напряжение увели . чивается по линейному закону. Это приведет к возрастанию температуры термостата в большой степени за счет схемы поиска. При этом управляющее напряжение сначала уменьшится,.а затем поменяет свой знак. В результате этого счетчик 34 переключается в реверс, происходит уменьшение значения выходного кода преобразователя

34, а также уменьшается величина выходного ступенчатого напряжения ripeобразователя 35. Это происходит до тех пор, пока ограничитель 37 не отключит схему поиска, после чего состояние снова застабилизируется. Аналогичным образом процесс протекает и при достижении значения выходного напряжения преобразователя 35, близкого к минимальному. Разница состоит в том, что он протекает в обратном направлении. Если срыв регулирования. все же произошел (обычно он сопровождается резким падением выходной энергии удвоителя 1, тогда рабочая точка

50

15 10 ляется, т.е. снова преобразуется в положительное напряжение (выпрямитель на фиг.1 не обозначен с целью упрощения схемы). На выходе преобразователя 33 образуется серия импуль" сов, частота следования которых пропорциональна величине этого напряжения. Ограничитель 32 при поступлении íà него отрицательного сигнала с выхода смесителя 30 вырабатывает на выходе сигнал, который по входу "Б" преобразователя 34 переключает его в реверс. В результате на выходе преобразователя 35 образуется ступенчато-убывающее напряжение, которое понижает температуру термостата.

Для предотвращения срывов процес" са управления при достижении напряжением преобразователя 35 своего максимального минимального з начеможет уйти как в сторону недогрева, так и в сторону перегрева кристалла.

В этом случае в работу вступает снова схема поиска максимального значения выходной энергии. Для определения направления ухода рабочей точки удвоителя от точки максимума выходной характеристики заведена связь с выхода интегратора 29 на вход "Б схемы поиска. Как уже указывалось, в этом случае схема поиска включается по сигналу, поступающему от ограничителя 26. В.момент возникновения этого ° сигнала с помощью расположенного внутри схемы поиска 38 триггера (на фиг.2 он не показан,1 в ней запоминается полярность смещающего поля, признак которого схема поиска получает по.

20 входу "Б". В результате линейно изменяющееся напряжение на выходе, схема поиска 38 всегда "возвращает" рабочую точку в положение максимума выходной энергии. Этот же триггер перебрасывает направление поиска на противоположное, если линейно изменяющийся сигнал в одном направлении достиг предела и точка, максимума при этом обнаружена не была. Поэтому всег30 да наступает момент, когда рабочая точка выходит на максимальное значение выходного излучения и схема поиска по входу "Б" автоматически отключается.

Использование изобретения обеспечивает в сравнении с известным (2) устойчивую работу удвоителя в режиме номинальной выходной мощности удвоенной частоты. При этом осуществ-ляется поиек и удержание максимума излучения второй гармоники в автоматическом режиме на протяжении сколь угодно большого промежутка времени.

Обеспечивается высокая стабильность (1-2X) выходной энергии преобразованного излучения при колебаниях уровня входного излучения до 7Х при расширенной полосе частот флуктуаций, Достигнутый уровень стабильности выходного излучения в 2-3 раза выше стабильности выходного излучения, дости.". гаемой существующими устройствами уд воения оптической частоты.

10185! 5

10! 8515

Составитель

Техред Л.Олийнык

Редактор

Корректор С. Черни

Заказ 8042 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101