Стабилизированный газовый лазер

 

"- - . Ь; птеи .. . "м ио

„д, = "" е:-, ал т.е . щ

О П Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Соеоз Советеимк

Соцмалмстмчеенмк

Рестгублми

724037

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено24. 04. 78 (21) 2608029/18-25 с присоелинением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.08.81. Бюллетень ¹ 29 (5) ) М. Кл.

Н 01 S 3/13 еееуюретшщшнФ кемитет

СССР

N Аелем взебретеннй н етерыткй (53) УДК 621.3751,8(088.8) Дата опубликования описания 10,08.8 1

M. И. Вольнов, M. А. Губин, В. В. Никитин и Д. А. Тюриков (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина физический институт им. П. Н. Лебедева (7I) Заявитель.(54)СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР

1 Изобретение относится к квантовой .электронике и может быть использовано в метрологии и спектроскопии, а также в точном машиностроении и" геофизике для прецизионного измерения линейных перемещений и деформаций.

Известны стабилизированные газовые лазеры, в которьцс стабилизация частоты осуществляется с помощью системы автоматического регулирования путем настройки их .на максимум линии уси10 ления активной среды. При этом используют два типа систем автоматического регулирования; регулятор, основанйый иа эффекте затягивания частоты гейе-

15 рации к вершине линии усиления (для лазеров, работающих в многомодовом режимф, и так называемые экстремальные регуляторы, подстраивающие "лазер на максимум выходной мощности(для одномодовых лазеров) )I 1 н (2 )

- Иэ-за большой ширины линии усюге+ иия, а также из-за значительных сдвигов ее вершины такие лазеры обладают

2 низкой стабильностью и воспроизводимостью частоты.

Эти мешающие факторы устранены ь лазерах, имеющих внутри резонатора поглощающую ячейку, заполненную газом низкого давленйя. При этом в амплитудно-частотной характеристике лазера образуется узкий резонанс мощности, вершина которого может служить репером частоты, Известен стабилизированный гаэовый лазер, содержащий двухзеркальный резонатор, одно из зеркал которого снабжено пьезоприводом, поглощающую ячейку, помещенную внутрь резонатора и систему стабилизации частоты, состоящую из соединенных последовательно фотоприемника сигнала расстройки частоты относительно центра линии поглощения, синхронного усилителя с генератором модулирующего напряжения.и интегратора, выход которого подключен к пьезоприводу (3 );

3 7.240

В известном устройстве часто;ный диапазон возмущений, активно отрабатываемых системой стабилизаций, невелик, и, как правило, не превышает I/5 часть от частоты модулирующего сигнала. С другой стороны, частота модулирующего сигнала также ограничена шириной резонанса мощности.

Поэтому в указанном устройстве существует приниципиальный предел для ы расширения диапазона отрабатываемых возмущениф. В итоге стабильность подобного лазера оказывается невысокой

-да®е в условиях небольших вибраций.

Целью изобретения является повьппе- 15 ние стабильности частоты излучения газового лазера в двухмодовом режим генерации.

Это достигается тем, что в двух модовый стабилизированный газовый 20 лазер, содержащий двухзеркальный резонатор, одно из зеркал которого снабжено пьезоприводом, поглощающую ячейку, помещенную внутрь резонатора, и систему стабилизации час- 25 тоты, состоящую из соединенных последовательно фотоприемника сигнала расстройки частоты одной из мод относительно центра линий поглощения, синхронного усилителя с генератором моду- 30 лирующего напряжения и интегратора, выход которого подключен к пьезоприво-ду, при этом выход генератора модулирующего напряжения подключен к пьезоприводу, введена дополнительная 35

Система стабилизацйи частотй, вклю ченная.между выходом лазера и вторым входом интегратора, состоящая из соединенных последовательно фотоприемника сигнала межмодовых биений, 40 преобразователя частоты, частотного дискиримииатора и фильтра верхних частот, выход которой подключен к второму входу интегратора.

На чертеже, представлена блок-схе - 4> ма гаэовбго лазера.

Собственно лазер состоит из активного элемента 1, поглощающей ячейки 2, двух чеФвертьводйовйх пластинок 3 и 4, зеркал 5 и 6, об- 0 раэующих резонатор. Зеркало 6 снабжено пьезоприводом 7.

Система стабилизации содержит два фотодетектора 8 и 9, синхронный уси" литель с генератором >модуляции 10, 55 интегратор 11, преобразователь частоты, состоящий иэ смесителя 12 и опорного генератора 13, частоТный дис

37 криминатор 14, фильтр верхних частот 15, Для разделения излучения лазера на два пучка служит делительное зеркало 16, Для выделения одной моды излучения по ходу одного из пучков установлен поляризатор 17, Существование двух мод в таком лазере обусловлено введением в резонатор двух четвертьволновых пластино 3 и 4. Поляризации этих мод на выходе лазера ортогональны, а разность частот,между ними определяется небольшим наклоном осей(1- 10 с атвертьволl новых пластинок 3 и 4 относительно друг друга.

Устройство работает следующим образом.

Модулирующее напряжение с генератора модуляции !О подается на пьезопривод 7.

Часть излучения лазера проходит сквозь зеркало 1б и через поляризатор 17 поступает на фотодекодер 8.

На выходе фотодекодера выделяется напряжение; амплитуда которого пропорциональна отклонению частоты выбранной моды от реперной частоты, определяемой вершиной резонанса мощности поглощающей ячейки. Этот сигнал преобразуется блоком синхронного усилителя и генератора модулирующего сигнала 10. Преобразованный сигнал 0,1 поступает на вход интегратора 11.

Сигнал с выхода интегратора подается на пьеэопривод для обработки расстройки частоты лазера относительно реперной частоты. Так работает блок экстремального регулирсвания. Для дополнительной системы стабилизации

L входным сигналом является излучение второго лазерного пучка, выделенного делительным зеркалом 16.Это излучение с частотой биений двух мод поступает на фотодекодер 9.На его выходе выделяется переменный сигнал с частотой равной разности частот двух мод. Для одной из мод, совпадающей с реперной частотой, работает эффект затя-, гивания частоты. Для второй моды этот эффеКт отсутствует, если частотный интервал между модами вйбран достаточно большим. Поэтому разностная частота двух мод зависит от расстройки частоты одной иэ мод относительно ! реперной частоты. Напряжение разностной частоты с фотодедектора 9 поступает иа смеситель 12, где преобразуется в напряжение промежуточной час20

ВНИИПИ Заказ 5906/49 Тираж 634 .Подписное

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

5 7240 тоты с помощью генератора опорного напряжения 13. Напряжение промежуточной частоты поступает на частотный дискриминатор 14, на выходе которого выделяется напряжение, пропорциональ- 5 ное расстройке частоты лазера относи- тельно репейной частоты. Дпя того, чтобы дрейф раэностной частоты, вызванный :, например, тепло-. выми деформациями четвертьволновых пластинок, не вносил статического от.клонения частоты лазера относительно реперной частоты, служит фильтр верхних частот 15, пропускающий лишь переменную. составляющую сигнала (1, Это напряжение суммируется на входе интегратора с напряжением „ . Сумма напряжений0 > 1 интегрируется интег=

1 ратором 11 и результирующее напряжение поступает на пьезогривод 7 для обработки расстройки резонатора.

Экспериментальное исследование опытного образца предлагаемого лазера показало, что введение дополнительной системы стабилиэации частоты псзволяет расширить частотный диапазон эффективно отрабатываемых воздействий более, чем на порядок при соответствующем повышении стабильности частоты также почти на порядок.

Повышение стабильности частоты позволяет существенно расширить область применения лазеров в метрологии и спектроскопии.

Формула изобретения

Стабилизированный газовый лазер, содержащий двухзеркальный резонатор, 37 6 одно из зеркал которого снабжейо пьезоприводом, поглощающую ячейку, помещенную внутрь резонатора, и систему стабилизации частоты, состоящую иэ соединенных последовательно фотоприемника сигнала расстройки частоты одной из мод относительно центра линии поглощения, синхронного усилителя с генератором модулирующего йапряжения и интегратора, выход которого подключен к пъезоприводу, при этом выход генератора иодулйрующего напряжения подключей к пьезоприводу, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты излучения лазера в двухмодовом режиме генерации, в него введена допол нительвая система стабилизаций час" тоты, включенная между выходом лазе ра и вторым входом интегратора, состоящая из соединенных последовательно фотоприемника сигнала межмодовых биений, преобразователя частоты, частотного дискриминатора и фильтра верхних частот..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3170122 кл. 331-94,5, опублик. 1963.

2, Патент Великобритании № 1397608, кл. Н 1С, опублик.1973.

3. Патент Векобритании № 1295817, кл. Н1С, опублик. 1972 (прототиг).