Способ измерения сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод



Способ измерения сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод

 


Владельцы патента RU 2410653:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" (RU)

При реализации способа значение сдвига определяется при обработке спектра излучения лазера. Указанную обработку спектра осуществляют при пропускании излучения лазера через перестраиваемый на несколько длин волн интерферометр с регистрацией сигнала фотодетектором. Сдвиг гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод определяют по полученному расстоянию между максимумами огибающей гребенки полос и полосы пропускания интерферометра с максимальной интенсивностью. Технический результат заключается в обеспечении измерения сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод даже в том случае, когда ее ширина меньше октавы. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к лазерной физике и может быть использовано для измерения и контроля сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод.

Известен способ измерения сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод на частотах nwr+w0 (где n - целое число, wr - межмодовая частота, w0 - сдвиг гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод). К одной из мод, находящейся на «красной» стороне частотной гребенки, привязывают излучение монохроматического лазера со сдвигом f. Частоту излучения последнего удваивают в нелинейном кристалле, получая частоту 2(nwr+w0+f). Если спектр излучения лазера с самосинхронизацией мод перекрывает как основную частоту излучения монохроматического лазера, так и вторую гармонику его излучения, то можно наблюдать биение удвоенной частоты монохроматического лазера с одной из мод лазера с самосинхронизацией мод, имеющей номер 2n и частоту 2nwr+w0. Эта частота биений будет равна w0+2f. Поскольку частота f известна, то это позволяет определять значение искомого сдвига частоты w0 [D.J.Jones et al. “Carrier-envelope phase control of femtosecond mode-locked laser and direct optical frequency synthesis”, Science, vol.288, p 635, 2000].

Однако указанный способ требует, чтобы ширина гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод была больше октавы, а также введения дополнительного излучения, притом с мощностью, достаточной для получения второй гармоники.

Кроме того, известен способ измерения сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод, являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в измерении сдвига частоты в спектре излучения лазера с самосинхронизацией мод, при котором его излучение разделяется дихроичным зеркалом на низкочастотную и высокочастотную части спектра излучения. Частота первой из них удваивается нелинейным кристаллом и смешивается с высокочастотной частью спектра, обеспечивая сигнал биений на искомой частоте w0 сдвига гребенки лазера с самосинхронизацией мод [Т.Udem et al. “Absolute optical frequency measurement of the cesium Dl line with a mode locked laser”, Phys. Rev. Lett, vol.82, p 3568, 1999].

Однако указанный способ может использоваться, когда ширина гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод более октавы, так как только в этом случае будут наблюдаться биения от перекрытия низкочастотной и высокочастотной компонент излучения.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа измерения сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод для ширины гребенки частот меньше октавы.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что значение сдвига определяется при обработке спектра излучения лазера, а указанную обработку спектра осуществляют, при пропускании излучения лазера через перестраиваемый на несколько длин волн интерферометр, например Фабри Перо, с регистрацией сигнала фотодетектором, а полученное расстояние между максимумами огибающей гребенки полос и полосы пропускания с максимальной интенсивностью определяет сдвиг гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод.

На чертеже приведена структурная схема измерителя сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод, реализующая предлагаемый способ.

Устройство содержит перестраиваемый интерферометр 1, например Фабри-Перо, с микровинтом 2 и пьезокерамическим элементом 3, обеспечивающими точную подстройку и прецизионное перемещения зеркал интерферометра, а также фото детектор 4 и блок обработки данных 5, например АЦП и ЭВМ с программным обеспечением для записи и обработки данных.

Способ осуществляется следующим образом. Излучение лазера с произвольной шириной спектра, прошедшее через интерферометр 1, регистрируется фотодетектором 5. Длина интерферометра предварительно согласуется с частотой повторения импульсов лазера с точностью до половины длины волны излучения лазера:

,

где l - длина интерферометра

wr - частота повторения импульсов лазера

с - скорость света

р - целое число.

Сигнал с выхода фотодетектора поступает на блок обработки 6. На пьезокерамический элемент 3 подается переменное напряжение, например пилообразной формы, обеспечивающее перестройку длины интерферометра на несколько длин волн, при этом интенсивность прошедшего через интерферометр излучения будет иметь вид гребенки полос. В случае, если сдвиг гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод отсутствует, полоса пропускания интерферометра с максимальной интенсивностью будет совпадать с максимумом огибающей. Смещение гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод приводит к смещению максимума огибающей гребенки полос пропускания интерферометра относительно полосы пропускания с максимальной интенсивностью. Расстояние между максимумами огибающей гребенки полос пропускания интерферометра и полосы пропускания с максимальной интенсивностью будет пропорционально сдвигу гребенки частот, так что:

,

где w0 - сдвиг гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод

δ - расстояние между максимумами огибающей гребенки полос пропускания интерферометра и полосы пропускания с максимальной интенсивностью

- средняя длина волны излучения лазера

wr - частота повторения импульсов лазера.

В случае, когда длина интерферометра в кратное число раз короче длины резонатора лазера, будут иметь место дополнительные гребенки полос пропускания. Здесь также возможно измерять указанные выше параметры излучения лазера. Однако, поскольку плотность полос пропускания при этом возрастает, чувствительность измерений будет падать.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает измерение сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод даже в том случае, когда ширина гребенки частот меньше октавы.

Способ измерения сдвига гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод, при котором значение сдвига определяется при обработке спектра излучения лазера, отличающийся тем, что указанную обработку спектра осуществляют при пропускании излучения лазера через перестраиваемый на несколько длин волн интерферометр, с регистрацией сигнала фотодетектором, а сдвиг гребенки частот лазера с самосинхронизацией мод определяют по полученному расстоянию между максимумами огибающей гребенки полос и полосы пропускания интерферометра с максимальной интенсивностью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области спектрометров-детекторов электромагнитного излучения, работающих в гигагерцовом-терагерцовом диапазонах частот. .

Изобретение относится к спектрометрии. .

Изобретение относится к оптической низкокогерентной рефлектометрии со спектральным способом приема и может быть использовано для получения изображения, свободного от когерентных помех, связанных с наличием самоинтерференции рассеянного от объекта исследования излучения и наличием паразитных отражений в оптическом тракте системы.

Изобретение относится к области интерференционной спектроскопии, предназначено для оценки, по меньшей мере, одного химического и/или физического свойства образца или пробы и предлагает альтернативную стратегию корреляции интерференционной информации с химическими и/или физическими свойствами образца, а также способ стандартизации интерферометра.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для регистрации ИК изображений объектов в любых произвольно выбранных узких спектральных полосах, находящихся внутри рабочего спектрального диапазона устройства.

Изобретение относится к области оптического приборостроения. .

Изобретение относится к области технической физики, связанной с разработкой видеоспектральной аппаратуры, предназначенной в первую очередь для решения задач дистанционного зондирования Земли с подвижных платформ.

Изобретение относится к области спектроскопии. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, используемой для интерферометрии, спектроскопии Фурье и голографии. .

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к оптическим методам исследования материалов, а именно к определению спектров комплексной диэлектрической проницаемости или оптических постоянных

Изобретение относится к оптическим методам исследования поверхности металлов и полупроводников

Изобретение относится к технической области дистанционного обнаружения веществ и, более конкретно, касается обнаружения аэрозолей или загрязняющих веществ в атмосфере

Изобретение может быть использовано для регистрации спектров источников излучения, в том числе для регистрации малых атмосферных примесей с подвижных носителей. Фурье-спектрометр построен на основе двухлучевого интерферометра с поперечным сдвигом интерферирующих лучей и содержит расположенные по ходу луча входную апертуру, входной объектив, двухлучевой интерферометр с поперечным сдвигом интерферирующих лучей, Фурье-объектив и многоэлементное матричное фотоприемное устройство. Между входной апертурой и входным объективом, а также между Фурье-объективом и многоэлементным матричным фотоприемным устройством установлены под одинаковыми углами к оптической оси плоские поворотные зеркала, снабженные интегрированной электроприводной динамической системой. Оси поворота зеркал лежат в плоскости самих зеркал, проходят через оптическую ось и перпендикулярны плоскости, в которой имеет место поперечный сдвиг интерферирующих лучей. Технический результат - повышение спектрального разрешения и упрощение системы сканирования. 1 ил.

Изобретение относится к области бесконтактного исследования поверхности металлов оптическими методами, а именно к способу измерения длины распространения поверхностных плазмонов, направляемых этой поверхностью. Способ включает измерение интенсивности излучения вдоль трека плазмонов и расчет значения длины распространения по результатам измерений. При этом проводят измерение интенсивности объемного излучения, порожденного плазмонами на естественных неоднородностях поверхности, представляющих собой статистически равномерно распределенные вариации оптических постоянных и шероховатости. Измерения осуществляют за пределами поля плазмонов. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 1 ил.

Способ включает регистрацию оптического спектра суммы интерферирующих волн при различных значениях взаимной задержки, выделение модулирующих функций, соответствующих взаимным задержкам, определение нелинейности распределения их фазы, вычисление корректирующей таблицы, регистрацию оптического спектра суммы интерферирующих волн с неизвестными взаимными задержками, применение корректирующей таблицы к оптическому спектру. Рассчитывают сегментированную корректирующую таблицу с уменьшенным числом определяемых отсчетов регистрируемых оптических частот, разбивают зарегистрированный массив на соответствующие сегменты, вычисляют пространственные распределения для каждого сегмента с применением преобразования Фурье, домножают каждое распределение на значения сегментированной корректирующей таблицы, вычисляют восстановленные значения амплитуды оптического спектра с применением обратного преобразования Фурье и комбинируют путем сложения восстановленные значения для получения спектральных отсчетов, эквидистантных по оптической частоте. Технический результат - исключение искажений формы аппаратной функции при использовании Фурье-обработки регистрируемых значений оптических спектров. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа компенсации дрейфа частоты опорного источника энергии в спектрометрическом приборе на основе FT-интерферометра. Способ включает в себя получение в арифметический блок данных, собранных в ответ на запускающий сигнал, который был сгенерирован для отражения положения движущегося оптического элемента интерферометра, и представляющих собой опорную интерферограмму, получение данных, представляющих собой целевую интерферограмму, записанную FT-интерферометром в ответ на запускающий сигнал, который был сгенерирован для отражения положения движущегося оптического элемента интерферометра. Опорная и целевая интерферограммы сравниваются в арифметическом блоке для определения сдвига по фазе между интерферограммами по меньшей мере в одной области вдали от центрального всплеска. На основе полученных данных в арифметическом блоке генерируется математическое преобразование, зависящие от величины фазового сдвига или сдвигов. Математическое преобразование используется для управления действием спектрометрического прибора для получения интерферограммы неизвестного образца. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области измерения спектральных характеристик объекта, которые позволяют неинвазивно измерять биологические компоненты или оценивать дефекты полупроводника. Изобретение обуславливает вхождение измерительного света, излучаемого из объекта, подлежащего измерению, в блок неподвижных зеркал и блок подвижных зеркал и формирует свет, полученный интерференцией измерительного света, отраженного блоком неподвижных зеркал, и измерительного света, отраженного блоком подвижных зеркал. Одновременно с этим изменение интенсивности света, полученного интерференцией измерительного света, получается путем перемещения блока подвижных зеркал и интерферограмма измерительного света получается на основании этого изменения. В то же время обуславливается вхождение опорного света узкого диапазона длин волны, включенного в диапазон длин волны измерительного света, в блок неподвижных зеркал и блок подвижных зеркал и формируется свет, полученный интерференцией опорного света, отраженного блоком неподвижных зеркал, и опорного света, отраженного блоком подвижных зеркал. При этом блок подвижных зеркал перемещается для коррекции интерферограммы измерительного света на основании амплитуды изменения света, полученного интерференцией опорного света, и на основании разности фаз между измерительным светом, который имеет ту же длину волны, что и опорный свет в измерительном свете, и опорным светом, и на основании скорректированной интерферограммы получается спектр измерительного света. Изобретение позволяет с высокой точностью измерять спектральные характеристики объекта, подавляя влияние возмущений. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается интерферометра Майкельсона с колеблющимися зеркалами. Интерферометр включает в себя n зеркал, причем n≥2. Зеркала выполнены с возможностью при колебании на частоте Ω обеспечить изменение оптической разности хода во времени по закону , где δxi=2Ai/cosθi - амплитуда колебаний оптической разности хода от i-го зеркала, которое колеблется с амплитудой Ai, фазовым сдвигом φi и отражает свет под углом θi. Технический результат заключается в повышении спектрального разрешения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы. 3 ил.
Наверх