Устройство для измерения длин волн лазеров

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИН ВОЛН ЛАЗЕРОВ, содержащее эталонный лазер с двумя пьезоэлектрическими преобразователями, два фотоприемника с усилителями, первый из которых установлен на выходе эталонного лазера, а второй на выходе эталонного и исследуемого лазеров, генератор пилообразного напряжения, подключенный к одному из пьезопреобразователей эталонного лазера, подключенный к другому пьезопреобразователю генератор опорной частоты, умножитель частоты, синхронный детектор , отличающееся тем, что, с целью увеличения производительности измерений и обеспечения возможности измерений длин волн спектральных компонент многомодовых лазеров, оно снабжено амплитудным детектором, двумя электронньЫи ключами с задержкой, компаратором, сумматором с двумя входами и выходом, частотомером со стандартом частоты и регистратором с двумя входами, при этом выход второго фотоприемника через усилитель и амплитудный детектор подключен к входам управления обоих ключей, выход генератора опорного напряжения подключен к пьезопреобразователю через первый ключ, вход частотомера и один из входов регистратора через первый вход сумматора и второй ключ соединен с выходом амплитудного детектора, второй вход регистратора подключен к генератору пилообразного напряжения, а ,выход синхронного детектора через компаратор подключен к другому входу N9 9 сумматора. X) 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (l 9) (11) А

4gggy G 01 3 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (2 1,) 3612149/18-25 (22) 24.06.83 (46) 30.06.85. Бюл. Ф 24 (72) М.Н. Бурнашев, П.С. Крылов, А.В.. Миронов и В.Е. Привалов (53) 535.8(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 757090, кл. С 01 В 9/02, 1981.

2. В.П. Капралов и др. "Оптика и спектроскопия", 1980, т. 49, вып. 5, с. 958. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДЛИН ВОЛН ЛАЗЕРОВ, содержащее эталонный лазер с двумя пьезоэлектрическими преобразователями, два фотоприемника с усилителями, первый из которых установлен на выходе эталонного лазера, а второй на выходе эталонного и исследуемого лазеров, генератор пилообразного напряжения, .подключенный к одному из пьезопреобразователей эталонного лазера, подключенный к другому пьеэопреобраэователю генератор опорной частоты, умножитель частоты, синхронный детектор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения производительности измерений и обеспечения возможности измерений длин волн спектральных компонент многомодовых лазеров, оно снабжено амплитудным детектором, двумя электроники ключами с задержкой, компаратором, сумматором с двумя входами и выходом, частотомером со стандартом частоты и регистратором с двумя входами, при этом выход второго фотоприемника через усилитель и амплитудный детектор подключен к входам управления обоих ключей, вьмод генератора опорного напряжения подключен к пьезопреобразователю через первый ключ, вход частотомера и один из входов регистратора через первый вход сумматора и второй ключ соединен с выходом амплитудного детектора, второй вход регистратора подключен к генератору пилообразного напряжения, а ,выход синхронного детектора через компаратор подключен к другому входу сумматора.

1122088

Изобретение относится к оптикоинтерференционным средствам измерений и может быть использовано,цля аттестации одномодовых и многомодовых лазеров.

Известно устройство для измерения длин волн лазеров, состоящее из исследуемого и эталонного лазеров, оптически связанных с фотоприемником усилителя, осциллографа, частотоме1О ра, стандарта частоты и генератора пилообразного напряжения И .

В известном устройстве длину волны исследуемого источника сравнивают методом оптического гетеродинирования с длиной волны эталонного лазера с поглощающей ячейкой, частота которого сканируется по пилообразному закону. Получаемые при этом сигналы пиков насыщенного поглощения и нулевых биений в зависимости от амплитуды сигнала биений от частоты используются для запуска остановки частотомера, на вход которого подается сигнал от стандарта частоты.

По показанию частотомера с учетом калибровки вычисляют длину волны исследуемого источника.

Недостатком известного устройства является невозможность проведения 30 измерений в диапазонах длин волн, в которых сигналы пиков насыщенногo поглощения в интенсивности имеют малый контраст (в частности, в практически важном диапазоне 0,63 мкм З5 с использованием насыщенного поглощения в парах йода).

Наиболее близким по технической

20 сущности и достигаемому результату является устройство для измерения 40 длин волн лазеров, содержащее эталонный лазер с двумя пьезоэлектрическими преобразователями, два фотоприемника с усилителями, первый из которых установлен на выходе эталон- 45 ного лазера, а второй на выходе эталонного и исследуемого лазеров, генератор пилообразного напряжения, подключенный к одному из пьезопреобразователей эталонного лазера; под- 50 ключенный к другому пьезопреобразователю генератор опорной частоты, умножитель частоты, синхронный детектор (2) .

Недостатком известного устройства 55 является низкая производительность и невозможность измерения длин волн спектральных компонентов из-за необходимости набора массивов значений разностной частоты при обработке результатов измерений стандартными методами из-за необходимости дополнительных измерений в режиме стабилизации эталонного лазера по различным пикам.

Целью изобретения является увеличение производительности измерений и обеспечение возможности измерений длин волн спектральных компонент многомодовых лазеров.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для измерения длин волн лазеров, содержащее эталонный лазер с двумя пьезоэлектрическими преобразователями, два фотоприемника с усилителями, первый из которых установлен на выходе эталонного лазера, а второй на выходе эталонного и исследуемого лазеров, генератор пилообразного напряжения, подключенный к одному из пьезопреобразователей эталонного лазера, подключенный к другому пьезопреобразователю генератор опорной частоты, умножитель частоты, синхронный детектор, снабжено амплитудным детектором, двумя электронHbpM ключами с задержкой, компаратором, сумматором с двумя входами и выходом, частотомером со стандартом частоты и регистратором с двумя входами, при этом выход второго фотоприемника через усилитель и амплитудный детектор подключен к входам управления обоих ключей, выход генератора опорного напряжения подключен к преобразователю через первый ключ, вход частотомера и один из входов регистратора через первый вход сумматора и второй ключ соединен с выходом амплитудного детектора, второй вход регистратора подключен к генератору пилооб— разного напряжения, а выход синхронного детектора через компаратор подключен к другому входу сумматора.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для измерения длин волн лазеров.

Устройство содержит эталонный лазер 1 с активным элементом 2, ячей-. кой поглощения 3 и пьезоэлектрическими преобразователями 4 и 5, и исследуемый лазер 6, причем лазеры с помощью отражающего 7 и светоделительного 8 зеркал оптически связаны

1! 22088 с фотоприемником 9, который подклю— чен к входу усилителя 10. Вход амплитудного детектора 11 связан с выходом усилителя 10, а выход амплитудного детектора 11 подключен к управляющим входам электронных ключей с задержкой 12 и 13. По цепи . переключения ключ 12 связан с модулирующим пьезоэлектрическим преобразователем 4 и генератором спорного напряжения 14, а ключ 13 — с выходом амплитудного детектора 11 и с одним иэ входов сумматора 15.

Фотоприемник 16 с помощью светодели тельного зеркала 17 оптически, связан с эталонным лазером 1 и подключен к усилителю 18. Умножитель частоты

19 соединен с генератором опорного напряжения 14 и одним из входов синхронного детектора 20, другой вход которого соединен с усилителем

18. Выход синхронного детектора 20 связан с одним из входов компаратора 21, другой вход которого соединен с корпусом, а выход — с вторым входом сумматора 15. Выход сумматора

15 соединен с входами регистратора

22 и частотомера 23, другой вход которого соединен с стандартом частоты 24. Генератора пилообразного напряжения 25 подключен к сканирующему пьезоэлектрическому преобразователю 5 и регистратору 22. При этом с генератора 25 пилообразное напряжение подается на сканирующий пьезоэлектрический преобразователь

5, а также для наблюдения и регистрации — на горизонтальную развертку регистратора 22, в качестве которого может использоваться двухкоординатный самописец, осциллограф с запоминанием и т.п.

Таким образом, эталонный лазер 1 используется в режиме сканирования.

В результате этого меняется частота изучения лазера 1 и по мере перемещения по допплеровскому контуру меняется интенсивность излучения.

Устройство работает следующим образом.

Излучение эталонного 1 и исследуемого 6 лазеров смешивается на фотоприемнике 9, преобразуется в электрический сигнал биений, который через усилитель низкой частоты 10 и амплитудный детектор„ 11 поступает на входы управления электронных ключей

12 и 13. Пока разность. частот двух лазеров больше полосы пропускания усилителя 10, сигнал на выходе детектора 11 равен нулю, через ключ 12 опорное напряжение частоты 1 с генератора 14 подается на модулирующий пьезоэлектрический преобраэователь 4 и частота лазера 1 зависит от времени по пилообразному закону с наложенной на эту зависимость

10 . гармонической модуляцией с девиацией частоты, при этом ключ 13 разомкнут °

На входы синхронного детектора поступают сигнал нечетной гармоники опорной частоты ь| с умножителя часто15 ты 19 и гармоника сигнала интенсив ности эталонного лазера частоты я1 с фотоприемника 16, выделенная ре зонансным усилителем 18, настроенным на частоту .r}4 . При прохождении

2О пиков насыщенного поглощения на выходе синхронного,цетектора вырабатывается сигнал, поступающий далее через компаратор по нулевому уровню

21 и сумматор 15 на регистратор 22.

При сближении частот лазеров на выходе детектора 11 образуется целый ряд меток нулевых биений. При поступлении первой метки ключ 12 отключает модуляцию эталонного лазера

ЗО на заранее заданный интервал времени, определяемый соотношением:

2 м Ir где Д 1м — девиация частоты эталонно-

35 го лазера, Гц, 1 — скорость сканирования час- тоты, Гц/с;

1 — опорная частота, Гс.

Этот интервал устанавливается при.

4О настройке системы. Ключ 13 по истечении интервала времени, равного х-3 устанавливаемого при настройке системы, замыкается и пропускае г через сумматор 15 единственную меткч

45 нулевых биений, соответствующую соь падению частот лазеров. После про хождения метки нулевых биений ключ

13 размыкается.

Таким образом, в предлагаемом устройстве эталонный лазер 1 рабб" тает в неприменявшемся ранее режимет сканирование частоты с гармонический модуляцией при наблюдении пиков насыщенного поглощения и без модуля цйИ при формировании метки нулевых биений.

Для проведения измерений длины волны на регйстраторе наблюдают пики

1122088 насыщенного поглощения и метку нулевых биений. Далее изменяют постоянное напряжение на пьезоэлектриче"ком преобразователе 5 и амплитуду гене— ратора 25 так, чтобы на регистраторе

22 остались метки нулевых биений и два ближайших пика насыщенного поглощения, частотный интервал 64 между которыми известен с высокой точностью.

Перекрывая излучение лазера 6, получают на выходе сумматора 15 два пика, которые осуществляют запуск и остановку частотомера 23, на вход которого поступает сигнал от стандарта частоты 24, т.е. осуществляют калибровку предлагаемого устройства: известному частотному интервалу соответствует число фиксируемое частотомером.

После этого направляют излучение лазера 6 на фотоприемник 8, чтобы на частотомер поступал после первого калибровочного импульса импульс метки нулевых биений. В результате искомому интервалу 6 1„ соответствует число импульсов Н ц, так, что - »

60 = — Ипй

Поскольку известна длина волны„соответствующая калибровочному импульсу, зная скорость света и 4 к, определяют искомую длину волны лазера 6.

Предлагаемое устройство может «спольэоваться и для поверки лазеров со сложным модовым составом излучения. В этом случае при сканировании частоты эталонного лазера в моменты ее совпадения с каждой из мод излучения испытуемого лазера 2 формируются метки нулевых биений. Их совокупность соответствует спектральному составу излучения исследуемого лазера 6. Изменяя постоянное напряжение на пьезоэлектрическом преобразователе 5 и амплитуду сканирования

1о генератора 25, добиваются того, что— бы на регистраторе 22 остались метка нулевых биений от моды, длина волны которой измеряется, и два ближайших пика насыщенного поглощения.

15 Измерение длины данной спектральной компоненты излучения лазера 6 производится, как было описано выше.

Таким образом, последовательно определяют длины волны всех спект2р рапьных компонент излучения исследуемого лазера 6, Предлагаемое устройство позволяет обеспечить проведение измерений в режиме сканирования частоты эта25 лонного лазера и за один период сканирования получить одновременно высококонтрастные сигналы пиков насыщенного поглощения, привязанные .передним фронтом к центрам пиков, и щ узкие метки нулевых биений от каждой компоненты спектра излучения исследуемого лазера, и тем самым при сохранении точности измерений длины волны повысить производитель35 ность измерений в 10-20 раз по сравнению с лучшим из известных образцов (2), причем ограничения на модовый состав источника излучения отсутствуют.

1122088

Тираж 892 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4510/4

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А.Медведев

Редактор С.Титова Техред О.Ващишина Корректор А. Зимокосов