Способ стабилизации частоты излучения лазера по резонансу насыщенного поглощения и устройство для его осуществления

 

1. Способ стабипияация частоты излучения лазера по -pesoHaney на- (ялцеяиого поглов 1ия, вклаопааянй но дуляцию частоты излучения определение значения амплитуды сигнала нечетной гармоники колебаний мощности излучения лазера и подстройку частоты лазера к центру линии (ения, о тли чающийся тем, что, , с целью повышения воспроизводимости частоты, дополнительно определяют значение амплнтуды сигнала второй нечетной гармоники колебаинй мощноети излучения лазера, при том обе не ниже Третьей скла цюают эти значения в соотношении К.-ННН2 wK-h («to гДе k, п - Номера гармоник;/ ; А, . А - a IШIИтyды сигналов зтюс гармоник, мкВт; , /KI - отношение :ширйны резонанса насыщенного поглощения на половине его высоты к I ширине полосы модуляции частоты излучения лазера, и осуществляют подстройку частоты излучения по центральному нулю полученного суммарного сигнала. 2. Устройство для стабилизации частоты излучения лазера па резонансу насыцеяного поглоАення, содержащее лазерный-резонатор, одно зеркало которого укреплено на пьезокорректоре, а второе иа пьезомодуляторе, генератор сигнала модуляции, соединенный с пьеэомодулятором, фаэоврвяатель, вход которого соединен с вмходом генераюра сигнала модулящт, генератор опормого сигнАла, фотопрненнщс, оптически саяэакный с лазерным резонатором , селективнь) усилитель, синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом селективного лителя, а второй вход соеднней с выходом генератора опорного сигнала, усшштвха постоянного тока, вход которого соедикен с выходом синхрон- . иого детектора, а выход - с пье зокорректором , отличающееся тем, что, с целью повышения воспроизводимости частоты, в устройство введены нелинейнь1й смеситель сигналов, два синтезатора частоты с ; функциями F и F преобразования со .ответственно, причем (f, F) nf + F, 1 Fj(f, F) - kf + F, -частота сигнала на выходе где первого синтезатора, Гц; -частота сигнала на выходе второго синтезатора, Гц;

).

C0IOS СОВЕТСНИХ .(51)5 Н О! S 3 !36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й АВТОБУСНОМУ ШДВТЮЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ! ОТНРЫТИЙ

1. . (46) 23.05 ° 91. Бвл. Р 19 (21) 3804475/25 (22) 24.I0.84 (72) А.В.Миронов (53) 621.375.8 (088,8) (56) Справочник по лазерам./ Под ред. А.М.Прохорова,, !979,. т. с. 22l .

Капралов В.П. н др. Исследова,ние Не-Ме лазера, стабилизированного, о насыщенному поглощекио в иоде-I27.

Оптика и спектроскопкя, l980, т. 49, в. 5, с. 958. (54) СПОСОБ СТАВИИЮАЯИИ ЧАСПП Ц

ИЗЛУЧЕНИЯ ШЗЕРА ПО РЕЯОНАНСУ НАСЫЩЕННОГО ПОПзЯвННЯ И УСПОЯСТВО ДПЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) I Способ стабилнэвции чвстотЫ излучения лазера по резонансу на сыщенного поглощения, вкл«икающий иодуляцию частоты излучения, определение значения ввтлитуды сигнала нечетной гармоники колебаний мощности излучения лазера н подстройку часто" ты лазера к центру линии поглощения, отличающийся тем, что,, .. с Целью повышения воспроизводимости частоты, дополнительно определяют значение амплитуды сигнала второй

- нечетной гармоники колебаний мощнос" . ти излучения лазера, при этом обе не нике третьей складывают эти значения в соотношении к- -я

Г!) ..i(ГР+1-М) ° *„+А„, . где k, n - номера гармоник;, A„, . А — амплйтудй сигналов этих гармокйк, мкВт;

,7 — отношение .ширины резонан.са насыщенного поглощения

SU.„ 1266429 А1 ка половике его высоты к ширине полосы модуляции частоты излучения лазера, и осуществляют подстройку частоты asлучения по центральному нулю полученного суммарного сигнала.

2. Устройство для стабилизации частоты излучения лазера па резонансу насыщенного поглощения, содерквщее лазерный резонатор, одно зеркало «оторого укреплено ка пьезокорректоре, а второе на пъезомодуляторе, генератор сигнала модуляции, соединенный с ъезомодулятором, 4взоврвщвтель, вкод которого соединен с выходом генератора сигнала модуляции, генератор опорного сигнала, фотоприемник, оптически свяэаикый с лазерным резонатором, селективный усилитель, сиккрокный детектор, первый вход которого

° а соединен с выходом селективного уси-: Я лителя, а второй вход соединен с вы" ходом генератора опорного сигнала, усилитель постоянного тока, вход которого соедзжен с выходом сннхрон- С5 кого детектора, а выход — с пье зокорректором, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повыше- 9© ния воспроизводимости частоты, в уст" © ройство введены нелинейный смеситель сигналов, двв синтезатора частоты с функциями F и Р2 преобразования со ответственно, причем.

К - F, (Z, F) - .Ê + F, ° Р„(Е, Р) k!." + F, где f — частота сигнала на выходе

1 первого синтезатора, Гц;

Е - частота сигнала ка выходе

2 второго синтезатора, Гц;

1266429

Е = частота сигнала на первых да входах обоих синтезата- вь ров 9 Г ц я ?3

Г - частота сигнала на вторых л входах обоих синтезаторов. с ослабитель с коэффициентом ослаб- с пения и и сумматор,.при этом ?первые входы

J синтезаторов частот соединены с вьиом фаэавращателя, вторые входь? — с

?ходом генератора опорного сигнала

ыхад первого синтезатора через осабитель соединен с первым входом умматора, выход второго синтезатора оединен с вторым входом сумматора, ервый вход смесителя соединен с выходом фотоприемника, второй вход — с выходом сумматора, выход смесителя соединен с входом селективного усилителя °

Иэабрете??ие ат??осится ?? ??Ba??Toaoé электронике, точнее — частатнастабилиэированным лазерам, и маже быть использовано при создании квантовых стандартов частоты.

Целью изобретения является павь?ц?е= иие воспроизводимости частоты излучения х?азера

В предлагаемом способе стаби????за." ции частоты излучения лазера па реза". нансу насыщенного поглощения одновременна определяют значения амплитуд сигналов двух высших нечетных гармоник колебаний мощности излучения лазера, складывают эти значения в слеследующем соотношении: к- + (-1) - (Jg ?+1 -v) А + A и к где k B. — номера указаннь?х .=апманик к ь гармоник, мкВт;

? — отношение ширины резонанса насыщенного гоглощения на половине его высоты к ширине паласы модулнцни частать? излучения лазера и осуществляют подстройку частоть? из.лучения па центральному нулю получен=ного суммарного сигнала.

В частности, в предлагаемом спаса.: бе для подстройки частоты выбирают третью и пятно гармоники, На чертеже приведена блок-схема устройства для стабилизации чистоты излучения лазера. устройства содержит лазернь?й резонатор 1„ одна зеркала 2 катара? о укрепл яо ня пьеэакарректаре 3,а второе зеркало 4 — на пьеэамодуляторе 5„с размещенным в лазерном резонаторе 1 активным элементом 6 и

i поглощающей ячейкой 7, генератор 8

,. сигнала модуляции, соединенный с пьезомодуляторам 5, енератар 9 опорного сигнала, фазавращатель 10, вход которого соединен с выходам генерато" ра 8, фатоприеиник 11, оптически свя=

Я,за??нь?й с резонаторам 1, селектив ный усилитель 12, скяхроннь?й детектор 13, первый вход которого соединен с выходом селективнога усилителя 12, а второй вход — с выходом генератоИ ра 9, усилитель 14 пастайнного тока, вход которого соединен с выходом с??нхраннога детек-.ара 13, а выход.с пьеэакорректарам 3. Устройство также соцержит нелинейнь?й смеситель 15

О .,":игналав, первый вход которого соединен с- выходом фотоприемника 11, а выход - с входом усилителя 12 два синтезатора 16 и 17 частот с функциями Г и Г преобразования саот1 2 " ветствейна, причем в конкретном слу чае выбора третьей и пятой гармоник

f, «Г,(r, Г) «3 +в,. к, - r, (s г) = ы + г, ЗЯ

-б где К„- частота сигала на выходе первого синтезатора 16 ГЦ1

Е - частота сигнала на выходе " второго синтезатора 17, Рц;

Х - частота сигнала на первых входах синтезаторов 16, 17,. 1"ц1

à — частота сигнала на вторых входах аинтpsaTopoB 1 6 в

17, Гц, 1266429, 4 выхода, воздействуя на пьезокорректор

3, осуществляет автоматическую подстройку частоты к нулевому значению амплитуды колебаний на выходе усилителя 12.

Коэффициент ослабления ослабителя

19 устанавливают равным при этом первые входы синтезаторов

16 и 17 соединены с выходом фазовра- щателя 1О, а вторые входы — с выходом генератора 9, и сумматор 18, вы-ход которого соединен с вторым входом смесителя 15, первый вход соединен через ослабитель 19 с выходом синтезатора 16 частот, а второй вход - с выходом синтезатора 17. Селективный усилитель 12 настроен íà 10 частоту генератора 9 опорного сигнала.

Предлагаемый способ реализуют с помощью предлагаемого устройства сле дующим образом. 5

В резонаторе 1 возбуждается генерация индуцированного излучения, взаимодействующего с поглощающей средой

s ячейке 7. В окрестности центра линии поглощения образуется резонанс «0 насыщенного поглощения. Сигнал генератора 8 через пьеэомодулятор 5 модулирует частоту излучения по синусоидальному закону. При этом возникают колебания мощности излучения, обогащенные высшими гармониками, амплитуды гармоник зависят от частоты излучения.

Сигнал генератора 8 частотой f, сдвинутый flo фазе в фаэовращателе 10 30 для компенсации сдвига фазы в усилителе !2, и сигнал генератора 9 частотой F преобразуются в синтезато рах 16 и 17 в сигналы с частотыми

ЗЕ + F и 5f + F соответственно. Пер- 55 вый иэ полученных сигналов ослабляет" ся ослабителем 19, затем сигналы складываются сумматором 18.

Колебания мощности излучения преобразуются фотоприемником II в злек- 40 трический сигнал. Смеситель 15 осуществляет аналоговое перемножение этого сигнала с сигналом, поступающим на второй вход смесителя 15 с сумматора 18. Из сложного сигнала, 45 действующего на выходе смесителя 15, селективный усилитель 12 выделяет и усиливает сигнал на ча"тоте F, попадающий а полосу его пропускания. Сиих" ронный детектор 13 вырабатывает мед"<50 ленно меняющееся напряжение, пропор- циональное амплитуде сигнала, посту пившего на его первый вход с усилителя 12, и косинусу разности фаэ этого сигнала и опорного сигнала, посту-55 пившего на второй вход с генератора 9. Это напряжение усиливается уси лителем 14 постоянного тока и с его где л- отношение ширины резонанса насыщенного поглощения на половине его высоты к ширине полосы модуляции частоты излучения лазера.

Амплитуды сигналов с выходов синтезаторов 16, 17 равны. На выходе сумматора 18 образуется смесь сигналов на частотах Çf + F и 5f + F c калиброванным отношеиием их амплитуд. Это отношение может устанавливаться с высокой точностью, например, с погрешностью не хуже IO . Сигналы на входах смесителя 15 можно представить как суммы спектральных составляющих, тогда сигнаЛ на его выходе после аналогового перемножения входных сигналов будет иметь вид ьcos (3 2П -ft) +

+ А соа (5 21 t) + U (С)) (l

«cos (3f + F) 2!i t + сов (5Е + F! 2IItj — (— + А ) соз 2TfFt+U (t)

V А

2 с 2 « где U(t) — выходной сигнал, В;

V - -коэффициент передачи смесителя и фотоприемника, В/мкВт; — коэффициент ослабления;

Таким образом, в смесителе 15 осуществляется сложение амплитуд третьей и пятой гармоник, сопровождающееся также переносом их частот на частоту Р опорного сигнала . При этом вклады гармоник в суммарный сигнал калиброваны и поддерживаются с высокой точностью. В результате обеспечивается получение. суммарного .сигна- . ла, центральный нуль которзго совпадает с центром линии поглощения, составляющие сигналов, не попадающие в полосч пропускания усилителя 12, В, Составитель О.Исаева

Текред Jl.Cåðäâêîâà.: Хорректор T.Колб

Редактор А,Кондрахина

Заказ 2449 Тираж 313 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений иоткрытий

113035, Иоскна„ Ж35, Раушская йаб.; д.. 4/5

Ь м\ е авва М

Производс твенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

1акнМ образом, предложенное техМ41ческое реждение .позволяет обеспечить совпадение частоты излучения с

Мтннным центром. асимметрично. де1266429, ф формированного резонанса насвваениогд поглощения и тем самым повысить вос,производимость и точность частоты излучения стабилизированного лазера.

Способ стабилизации частоты излучения лазера по резонансу насыщенного поглощения и устройство для его осуществления Способ стабилизации частоты излучения лазера по резонансу насыщенного поглощения и устройство для его осуществления Способ стабилизации частоты излучения лазера по резонансу насыщенного поглощения и устройство для его осуществления Способ стабилизации частоты излучения лазера по резонансу насыщенного поглощения и устройство для его осуществления 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в системах передачи и обработки информации, лазерной локации и других отраслях техники

Изобретение относится к способу управления импульсным режимом генерации лазерного излучения в лазерной установке на основе твердотельного лазера на кристалле Nd:YAG с диодной накачкой активной среды. При реализации способа обеспечивают подачу на амплитудный модулятор импульсного низкочастотного управляющего напряжения относительно включения питания лазерного диода с временной задержкой Δt, определяемой из условия Δt≥Δtмин=100(11-5α)tЖ, где Δtмин - минимальная величина времени задержки подачи на амплитудный модулятор импульсного низкочастотного управляющего напряжения, tЖ - время жизни активного центра лазерной среды на верхнем уровне рабочего перехода, а α = P н а к P н а к п о р - параметр накачки, показывающий превышение мощности накачки P н а к над пороговым значением P н а к п о р . Область изменения величины α для осуществления ровной пачки импульсов находится в пределах 1,6 ≤ α ≤ 2,0 . Технический результат заключается в обеспечении стабильного импульсного режима генерации лазерного излучения. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области лазерной техники и предназначено для обеспечения устойчивой генерации лазерных импульсов фемто-пикосекундного диапазона. Реализована схема с кольцевым волоконным лазером с пассивной синхронизацией мод на эффекте нелинейной эволюции поляризации, содержащая поляризующий оптический изолятор, активное волокно, накачиваемое лазерным диодом, два управляемых микроконтроллером оптических волоконных поляризационных контроллера. Устойчивость импульсного режима достигают за счет повышения стабильности генерации широкополосного спектра ультракороткого импульса путем организации автоматической оптоэлектронной обратной связи под управлением микроконтроллера. Для чего сопоставляют мощности двух спектров - полного и его части, после оптической фильтрации, с предварительно измеренными микроконтроллером эталонными значениями. При отклонении мощностей от эталонных микроконтроллер вырабатывает управляющие сигналы для оптических волоконных поляризационных контроллеров, которые и обеспечивают минимальные отклонения мощностей в измерительных каналах от эталонных значений, чем и достигают стабильную оптическую мощность импульсной генерации широкополосного спектра и устойчивость. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх