Способ стабилизации частоты излучения лазера
Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке частотно-стабилизированных лазеров. Цель изобретения - повышение стабильности частоты излучения лазера. Сигнал разностной частоты модулируют наложением на активную среду поперечного переменного магнитного поля или пропусканием пульсирующего разрядного тока. Полученный частотно-модулированный сигнал рассогласования используют для подстройки длины резонатора. Подстройка длины резонатора осуществляется по минимуму девиации сигнала разностной частоты, соответствующему центру контура усиления, который определяется свойствами активной среды и не зависит от частоты опорного генератора. Это повышает стабильность частоты излучения лазера. 3 ил.
союз соеетсних
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„,SU,, 1452421 А1 (51)5 Н 01 S 3/13
ТЕНИЯ
ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕ
Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке частотно стабилизированных лазеров.
Целью изобретения является повы-, шение стабильности частоты излучання .лаэера.
На фиг.I показана схема устройст ва для стабилизации частоты излучения лазера по предлагаемому способу; не фиг.2 - график изменения напряженности магнитного поля, накладываемого . на активную среду лазера в зависимости от времени; на фиг.3 — график за" висимости разностной частоты от ðañстройки резонатора для трех значений магнитного поля.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР (46) 30,08.92. Бюл, Р 32 (21) 4149132/25 (72) В.Г.Гуделев, С.10.Поляков, И.С.Чуляев, Е.Г.Чуляева и В.И.Ясинский (53) 621.375-.8(088.8) (56) Патент СССР 9 591161, кл. Н 01 8 3/10, 1978.
««is R.Н. et аl, Егеегепау stabilization of interba1 mirror Не-Ме
1ааега in an transverse magnetic
НеИ, Арр1. opt. 1 975, v.14, N 12, р.2808-2814. (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА (57) Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке частотностабилизированных лазеров. Цель изобретения — повышение стабильности частоты излучения лазера. Сигнал разностной частоты модулируют наложением на активную среду поперечного переменного магнитного поля или пропусканием пульсирующего разрядного тока. Полученный частотно-модулирован" ный сигнал рассогласования используют для подстройки длины резонатора.
Подстройка длины резонатора осуществляется по минимуму девиации сигнала разностной частоты, соответствующему центру контура усиления, который определяется свойствами актквной среды н не зависит от частоты опорного генератора» Это повышает стабильность частоты, излучения лазера. 3 кп.
Устройство для реализации способа р стабилизации частоты излучения лазера содержйт активный элемент I с фазоанизотропным резонатором, помещенный в магнит 2, создающий nonepewoe магнитное поле, и электромагнит 3, создакнций переменное магнитное поле.С актнвньм элементом оптически связан фотопрнемник 4. Фотопрнемннк соединен
I » с частотным.-детектором 5, содержащим фазовый детектор 6, фильтр низкой частоты 7 s генератор 8, управляемый током. Частотный детектор 5 соединен с синхронным детектором 9, корректирующим, звеном 10 н усялителем мощности 11» Устройство предварительной установка 12 предназначено-для уствl452я21
40 н< т кн начального значения длины резонатора. Генератор низкой частоты
l3 соединен с электромагнитом 3 (для создания переменного магнитного поля)
5 и с опорным входом синхронного детектора, Способ стабилизации частоты заключается в следующем.
Нв активную среду, помещенную в 0 фазоанизотропный резонатор, накладывают поперечное магнитное поле, создаваемое магнитом 2, величина которого равна или более Н,„ — минимальной напряженности магнитного поля, обес- 15 печивающей днухчастотный режим с ортогональными поляризациями лазерного излучения.
Кроме того, электромагнитом 3 создается переменное магнитное поле, 20 амплитуда которого Н - Н, — Н„ (см. фиг.2).
Зависимость рвзностной частоты от рвсстройки резонатора, снятая экспериментально, показана на фиг.3 при различных магнитных полях (Н) или различных токах (Х). При возрастании
Магнитного поля или разрядного тока
Изменяется разностная частота. Если разностиая частота f больше цент- 30 ральной раэностной частоты Х„,, т.е. > Е,, то в области 14 по мере удаления от точки f = f, соответствующей нулевой расстройке... увеличивается значение разностной частоты. также в области 15 по мере удаления от точки, соответствующей нулевой всстройке резонатора и разностной встоте, равной f значение раэостной частоты уменьшается (см.
Фиг.3). Так происходит девиация частоты, которая в центре контура имеет минимум. С выхода активного элемента с фазовнизотропиым резонатором лазерное излучение, содержащее раэностную. 45 частоту f, модулированную по частоте с помощью низкочастотного генера" тора 13, подключенного к электромагниту 3, создающим пульсирующее поперечное магнитное поле, направля-. ЬО ется ив фотоприеиник ч, где преобрвзуется в электрический сигнал. Усиленный в усилителе сигнал ивправляется в частотой детектор 5, выполиеииый в виде когерентного детек- 5 тора с фазоной автоподстройкой частоты (чАПЧ). После захвата рвзиостной чвстоты 8 чвстотиом детекторе генератор, упрввляеиь|й током 8 чвстотиоro детектора 5, устанавливается на частоте 1:» а на выходе филь1 ра низкой частоты 7 выделяется модулирующий раэностную частоту переменный низкочастотный сигнал, амплитуда и фаза которого зависят от положения установленной предварительно длины резонатора относительно нулевой расстройки резонатора. Далее этот низкочастотный сигнал поступает на синхронньп» детектор 9, к другому входу которого подключен генератор низкой частоты 13, одновременчо модулируюI щий поперечное магнитное поле.
На выходе синхронного детектора после корректирующего звена 10 выделяется сигнал рассогласования, пропорциональный расстройке резонатора, полярность которого соответствует положенпл расстройки. После усиления в усилите"p. мощности 11 этот сигнал рассогласования поступает на управляющий длиной резонатора элемент lч.
Управляющий элемент подключен так, что увеличение амплитуды сигнала рассогласования вь. зывает увеличение или уменьшение длины резонатора при соответственно положительной или отрицательной полярности сигнала рассоглв" сования.
Таким образом, благодаря получению частотномодулированного сигнала раэностной частоты и подстройке длины резонатора к минимуму девиации разностной частоты, соответствующему центру контура усиления, повышается стабильность частоты лазерного излучения °
Способ независим от стабильности опорного генератора, сигнал с которого изменяется во времени. Получить высокую стабильность частоты опорного генератора достаточно сложно, тогда как контур линии усиления является естественным репером и не зависит от внешних воздействий.
Пример. Проводят стабилизацию частоты излучения лазера длиной
23,5 см с фазоаниэотропным резонатором по сигналу раэностной частоты, иодулируемому наложением переменного магнитного поля напряженностью 300 Э постоянного и 60 Э переменного. Система ввтоподстройки частоты (АЛЧ) содержит фотоприемник ФД-263, частотный и синхронный детекторы, собранные ив микросхемах ф.Харрис, управляющий элемент - спираль, намотанную ня див
14 24 21 тивный элемент, усилитель мощности с мощным транзистором КТ-827 . Способом оптического гетеродинирования проведены измерения нестабильности оптической частоты, в качестве опорного лазера используют частотно-стабилизированный лазер с нестабильностью
-ч частоты 1 10 . Полученная нестабильность частоты 6 1О 10
Таким образом, способ позволяет повысить стабильности частоты лазерного излучения не менее чем в 2 раза °
1r>
Кроме того, способ позволяет ус" танавливать длину волны лазерного иэпучения и даст воэможность сконструировать АПЧ в виде монолитной интегральной микросхемы, 20
Ф о р м у л а ц э о б р е т е н и я
Способ стабилизации частоты иэлуl чения лазера с фаэоанизотропным резо" натором, заключающийся в наложении ня активную среду лазера гоперечного магнитного поля, выделении сигнала раэностной частоты между ортогональными поляризованными волнами с после дующей подстройкой оптической длины реэоцатсра, о т л н ч а ю шийся тем, что, с целью повыщения стабильности частоты излучения лазера, сигнал раэностной Частоты модулируют наложенйем на активную среду лазера поперечного переменного магнитного поля или пропусканием через активную среду пульсирукщего разрядного тока, а подстройку длины резонатора осуществляют до достижения минимума девиации сигнала раэностной частоты.
1452421
Составитейь В.Денщиков ова Техред И. Ходанич Корректор В. Бутяга
Редактор О.Юрк
Заказ 3476 Тнрак . Подписное
ЭНЯИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР
133035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4
