Способ стабилизации частоты излучения двухмодового лазера

 

Изобретение относится к области квантовой электпслики, а именно к двухмодовым частотно-стабилизированным Лазерам с внутренними зеркалами . Цель изобретения - повышение долговреьгенной стабильности и воспроизводимости частоты излучения лязера. Способ стабилизации частоты излучения двухмодового лазера осуществляется наложением на активную среду магнитного поля с частотой, в два раза меньшей частоты опорного сигнала. Это исключает влияние коэффициентов пропускания оптических элементов для различных мод на сдвнг частоты излучения. Способ также позволяет избежать наводок во входных цепях на частоте опорного сигнала, так как модуляция осуществляется на частоте, в два раза меньшей, и -пегко отфильтровывается системой автоподстро лки частоты. 2 ил. и I I

(51)5 H 01 S 3/13

„м Ф. ; ;1, . /, .„". :. ". ;;,4 СОЮЗ СОВЕТСНИХ

:=- :! @4 " - ;-: СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ ;,1Ц . РЕСПУБЛИН з

ГОСУДАРСТ8ЕННЬ1И НОМИТЕТ СССР

ПС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 30. 08, 92. Бюл. " 32 (21) 4141905/25 (22) 31.10.86 (72) А.Н.Власов, В.П.Инденко и Г.Т,Тимошенко (53) 621.375.8(088.8) (56) Akira Sasaki and Takao Hayashi;

Amplitude and Frequency stabilization of an Internal — Mirror He-Ne

laser Japanesse Journal of Applied

Physics, 198?, v. 21, N 10, р. 14451460, Патент СССР 9 441726 кл. Н 01 S 3/10, 1974 (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ

ИЗЛУЧЕНИЯ ДВУХ11ОДОВОГО ЛАЗЕРА (57) Изобретение относится к области квантовой элект. спики, а именно— к двухмодовым частотно-стабилиэированным газерам с внутренними зеркалами. Цель изобретения — повышение долговременной стабильности и Вос производимости частоты излучения лазера. Способ стабилизации частоты излуче ия двухмодового лазера осуществляется наложением На активную среду магнитного поля с частотой, в два раза меньшей частоты опорного сигнала, Это исключает влияние коэффициентов пропускания оптических элементов для различных мод на сдвиг частсты излучения. Способ также позволяет избежать нападок во входных цепях на частоте опорного сигнала, так как модуляция осуществляется на частоте, в два раза меньшей, и легко отфильтровывается системой автоподстройки частоты. 2 ил. ттв Об11Е-! Етн!Е (т1!1 100 .;-::: !., !-:".1.!1 Г -*, -:,.;

Г:ТЕ!тот:.Ливнроя ЯНН1т!.:"-.,! Я З твогт.з С г=. тт ".."= тт тт„"Р т-1 И г! i,! 0 (Г: g P à Vl Ð Н i, ...": :.i С Яб 1т т!! Ь В 0 С . т". И!

З Н! тт . т!ХГ2Л тт1 т,-а ТОР а!Ггт .= . О! Ж(ттт 1!1Е ттЬт С (0Л 0 тт Лт!!НЕН Ti " !00«твт>н0 с1! т Д j iта !

)т! -та= " 3 OC $111Р1"- Н0" " " "- ": - " .

В, ";ив!11. Н 01 ;, Д 3 0О;! Зт",Ят;Н0, ct,w;;ti !т!!ттг":i;! Ово !-, ттт -.". зтт " t, тт!if, ;«((!11011 !- !",Ет! -, ЯЗ г! t3 ñ0 4. И >!". тттт!,—; с!Л -тт.; -: т „";,-я Г>ЛЯ j i . 1,"? ОЯ т!,Тб..:Э

З. Е т. !"Я p yC - ОЛЬ.;у Ь10,Г,"-! нон:- гриоуят иегов" обай— т

ИЯЛ01.тЕНИЯ гЛОЛЯ ЛРтИВОДтп.т:;-. 0: т "--О доцности более, снльиат:, ". -ааль у= ":" @ЕИИВ МациаСттИ баЛЕЕ -"Лт ба -" рвilт ЛЬТЯТВ ЗЯОCО дав!Н.," и;,".., !;! В!! йаД И= Л,/ЧЕНИЯ т «Oтар-".!-i Ит- ЕЕТ О-! ;"

Нcti т1тв .! тт l0 0 т! Наде gт 0 т „т-тат- -.!т- т т!, т .—...

t. !01;тli /т() ф 1 i .! При 1 i y 0 еде Р о

-.101цнос .и излучения вертикаль-! 011И!ЗОН Я31ьт!0 ПОЯЯРИЗОВЯИНЫХ! Я в l .ЧС "СЛИ ттаПН }Стт

0-l:!11 Ü т- . :.i . (тв !. PH." ОВЯг1НЬГХ МОД ОДИ

Рт! = !О, Q СИ! НЯЛ МОР, .= ;Вгт тВ:ЕЕ- Н ЛЕВОЕ ЗНЯЧЕНИЕ.

= И,!-.1.-! т". ИГНГтА ° СрЯБ1тнтВЯЖТ С

:;:!ОР!.1Ь: "; ИГНЯЛат-i : З: ." -: РОЗg ËÜÒÈP×Þ вЂ” !.;00ТВЕТСТВ:.-:; —, г !ЗМЛЛИтттла: .!;Я --ай ИВКЯДЯ 5 ИСПОЛЬЗУНУТ

„"ЛЯ = " :. Ет";-тв Т1ДС :", гат ИЗ11УЯЕНИЯ . ез;.;.:=:„-Торя и в c„.,„-;0;„ иянрявлеиии, . "0б;1 . ::0! il-lOCТИ 0Р О!т ОКЯЛЬНО ИОЛЯРИ

0В! В1, H,-.,—,:,"-,101". бвв11т ряВНт,тттт1, т, Е, Нтаt

-,:,-,«11,-,1!:ЕВИ Лаг !-0-, ° ВЕ1тлЕН1 Ой "тебИЛЬ1- тт З г т-„- Вт--,„--.з,c tc, 6,-,/ тт НтЯ! 1 ОТЫ тт. —: — -!Втт;тг!! - г !-„,Сабв p01 1 1" ° —:т=г.=;.;! .,>С Cх.твиeВVie11 ВЛИЯНИЯ !:) гт т!. 0 З тя".г и l t- = .Н т 0 Р:-1 D Е С б В я = а В я Н И я

; —;- .0C "11 -ИЗ,!;.т:-1г —: —: Pa„-- ROC-НЬ1й СИ1т--;!.— т OC1,0ËÜi<Ó .=-«!Cò СИВНЯЛ ОДР ЕДЕЛЯ;=. . =;, Л!ИЩЬ:-аатна!11аиИЕМ КОЩНОСТЕй MOA

-(рн ".ßtt07/ЕНИт::: .ттЯГНИ71тага НОЛЯ р Во-!

: Г01твот, Лтт Я".," ГИЧ ВСКИ НОЛКЪК ОТСУТСТВИ

:-.1. -1 3050.< В0 ЗУО;::;Ит, ттЕ i8 ФОТОПРИ .с .0 « .=. 01Н0 !ватт ЧЯСТО "9 „, БОСКОЛЬ т:,;cn.l>pl .". c ттт г1 т атьт

;;-, !! с!! с с.-..;. ::: ялте, ".,;т; вт о отфильтро—,, =.;. Тт - СЕПР1С"!-;тгттых. !"ИЛКТЕ11ЕМ

-,т-;. % т-т --1!1; 3 c i T гтВВття

;..-Ор —;!т втт, т-,в —. га рЕЗтга

1 1: % c;;т: .!иг) з тт "0 т . ттдд и тябИЛЬ, !",0 Q !,-, Ч Я! т 0"!"тт1 ! кт,-: тт:,! ! С, ).!"т и! Р И 3 !О В Я Н Н Ы Х УО Р, =. Н Е Р И Р Е ! °:.тт1 - LJ 10!1 \ ) 3KOI 1 .„ .)ЯЗЦе. .".3 Я,тт10В Н .Зти lвl- З !- ОЙ 3, НОСТУЛЯP 1 . 0;. 011Р.;;;.lilitil „ : .,;.. ;,,I> ЗЗ tiNl;8ÌÏÈ

О. .H .. ВЫ .;;;i! Я l Ь 1P< tГ ЫЗ РРУ Я г

::, .;,.ас 0-=- i:.. лл.-. 1::: -10;:лителе о обИ., - ЯЛ Ьтгт1! -1=.т! !!"-т,-.. Цття l . 8Я

Г "-.1 ç 0 Î tl ç р Ð ÷ ß0 ç ч р Уб ки, C ;0"ÜÃ СОЛЕ-!0::. !,-" )тт НЯКЛЯДЬЩЯ".!-". Р .=,::11 Н:!Ое !.1Я "НИТНОЕ ЛОЛЕ„фОРМЯ

:0 . От!О. 0 00 ВЕ": Ст " ""т СИ! Назлттт 1 4 р

0 ;!!ЯВИ!а.;тт Н."- 0110риат" O «Hl НЯЛЯ

1i * ;0!П! ;-c 1Е- и!И!ТЕ:Я т! 10тат .т i, ГИ1 НЯЛ (тв " = = i -R 011» Р! ЯРт . И!ЗРЯТОРОм ., Р..1КЛЯЛЬЛВ .т10Е !т 4-ВЕДЯ ГЯЗОРЯЗРЯДИОй в .Я,с ваивалит к аба;-:завЯ :-. з ситГНЯ-т1Я

5 4 t 4

10

3 14 мсл излучения 15, фаза которого зависит от знака разности мощностей мор излучения (Р— P ) . Этот сигнал усин линается селективным усилителем и после синхронного детектирования в детекторе 3 поступает через усилитель мощности 9 »а нагревательный элемент 2, меняя температуру газораэрядной трубки 1, подстраивая тем самым ее оптическую длину и частоту излучения в направлении равенства мощностей мод излучения.

Выделение разностнага сигнала 15 возможно и при использовании поляризационной призмы 3. Хотя при этом не колько снижается отношение сигнал/ шум, но упрощается конструкция прибора.

Показанный на зпюре сигнал 14 может иметь и синусоидальную форму, что проще осуществить на практике по форме в виде знакопеременных импульсов са скважностью, равной двум.

Это улучшает отношение сигнал/шум и делает устройстно более экономичньи .

Поэтому использование такой формы сигнала 14 является более приемлемым.

Накладываемое магнитное поле может быть как продольным, так и поперечным. С продольным полем приборы получаются более компактные, и ега использование предпочтительнее, Наложение магнитного поля с частотой, в два раза меньшей частоты опорного сигнала, исключает влияние коэффициентов пропускания оптических элементов для различных мод на сдвиги частоты благодаря тому, что поле дейстнует одновременно на обе иоды и полезный сигнал появляется лишь тогда, когда интенсивности мод не равны между собой. В этом случае изменение коэффициентов пропускания оптических элементов и изменение интенсивности сигналов на фотоприемниках не приводит к сдвигам частоты, поскольку система воспринимает пере1 менный сигнал на опорной частоте, зависящий лишь от соотношения интенсивностей мод.

Предложенным способом проводилась стабилизация частоты лазера на основе гаэараэрядна1. трубки с внутренними зеркалами прибора ЛГН-208А. Эта гаэоразрядная рубка работала н режиме двух ортогснально поляризованных мод с частотным разносом около

640 ИГц. Подстройка оптической час15

TOTbt ОС Щ(CÒÁ.Irt Н1СЬ С НСМОШЬЮ НЙГPf вате ьнс гc:лене нта в виде ленты о

"..oïðoTItâëеннем . Ом. Газсразрядная трубкB помещаласе н Однослойн(Я crt ленонд, состс ящнй нз 200 витков про.вода ПЭБ-2 ди;;метрам 0,6 мм. Ток в импульсе составлял около 1 A. Прн этом напряженность поля составляла оксла 1000 Л/м, частота поля составляла 1 10 Гц, частота опорнога сигнала - 220 Гц.

Такое поле не вызывало зеемановского расщепления выходного излучения из-за малой величйны. но достаточно эффектинно модулировала мощность излучения артогонально поляризованных мад. Hpи расстройке мод порядка 100 ИГц величина модуляции составила около 57. от максимальной мощности, что обеспечило отношение сигнал/шум порядка 100 при полосе прапускания селектинного усилителя около 60 Гц, Это позволило получить долговременную относительную неста In бильность частоты порядка 1 10 за 8 ч работы, относительную погрешность воспроизведения частоты на уровне 5 10 ат н .:лючения к включе— 9 нию при разбросе начальных температур на 5 С.

Предложенный способ мажет быть применен при создании частотно-стабилизированных лазеров с внутренними зеркала:м. Параметры долговременной стабильности и воспроизводимости ч:статы излучения таких лазеров приближаются по своим значениям к лазера:. стабилизированным по внутренним нелинейно поглощающим ячейкам, налол 27 ненным J2, но па конструкции лазеры, стабилизированные данным способом, намного проще, дешевле и надежнее. Такие лазеры могут быть использованы н качестве образцовых средств измерений длины волны излучения, а также и н качестне рабочих средств н измерительных комплексах, используемых н машиностроении.

Фар мул а изобретения

Способ стабилизации частоты излучения двухмодового ла"åðà,,включающий модуляцию излучения, выделение разностного сигнала мощностей мод излу;сния, сравнение его с опорным сигналом и управление результирующим сигналам оптической длиной резонатора, отличающийся тем, ,. 4 ) 4 9 4

Состави",-ель И.Денщиков техред »1,yo;,анич Корректор M.Шаро ти

Подписное

Тираж

БНИИТИ Государственного комитета СССР по делан изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-3>, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 3475

П р о и 3 В Од с т в е н н о и о л и 1 р а ф и ч е с к о е и р е д р и я и е у г Уж х с р о д р y . 1 ! р О (к ч н 3 я что, с цельл повьл ени", долговременной с таб иль ности M Нос прОHЭBОдимости частоть. излучения, модуляцмю излучения ocóществляют путеи наложения на активную среду лазера переменного магнитного поля, частота которого в ,qdа раза меньше частоты опорного сиг