Способ стабилизации частоты лазерного излучения и устройство для его осуществления

Способ стабилизации частоты лазерного излучения и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ стабилизации частоты лазерного излучения, основанный на пропускании частотно-модулированного лазерного излучения через резонансно-поглощающую среду, измерении смещения частоты лазерного излучения и установке ее на вершину резонанса резонансно-поглощающей среды, отличающийся тем, что, с целью повышения долговреиенной ста .бильности частоты лазерного излучения путем уменьшения паразитной амплитудной модуляции, перед измерением смещения частоты регистрируют сигнал приращения мощности излучения в зависимости от частоты в области резонанса, измеряют максимальную и минимальную величины сигнала приращения и определяют глубину паразитной модуляции, затем модулируют по амплитуде лазерное излучение с глубиной модуляции в 4-6 раз больше, чем глубина паразитной модуляции, и,изменяя фазу частотной модуляции лазерного излучения, подавляют амплитудную модуляцию в сигнале приращения мощности излучения в зависимости от частоты в области резонанса. 2. Устройство для стабилизации частоты лазерного излучения, содержащее лазер, ответвитель, резонанснопоглощающую ячейку, оптически связанные с ответвителем и соединенные последовательно фотоприемник, усилитель , фазовый компаратор, переключатель и частотный модулятор-корректор , а также генератор модулирующего напряжения, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения долговреV менной стабильности частоты лазерного излучения, в него дополнительно введены амш1итуднь й модулятор, вторые ответвитель, фотоприемник, усилитель, фазовый компаратор, а также два фазовращателя , генератор сканирующего напряжения, индикатор и два ключа, причем амплитудный модулятор и второй ответвитель установлены последователь05 но ме}кду лазером и первым ответвителем. СР а с вторым ответвителем оптически связаны и соединены последовательно. сх второй фотоприемник, второй усилитель, второй фазовый компаратор, второй фа4 зовращатель, выход которого подключен к опорным входам первого и второго фазовых компараторов, выход генератора модулирукяцего напряжения через первьш ключ соединен или с опорными входами первого и второго фазовых компараторов или через первый ключ с сигнальным входом второго фазовращателя , а также с входами первого фазовращателя и амплитудного модулятора , выход первого фазовращателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОф4АЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (g1)g Н 01 $3/136

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

21) 3616093/25

° °

22) 08.07.83

ГОСУДАРСТВЕННЬ@ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHAM

Г1РИ ГКНТ СССР (46) 30.05.91.Бюл. № 20 (71) Институт радиотехники .и электроники АН СССР (72) Е.Н.Базаров, Г.А.Герасимов, В.JI.Ãóáèí, Н.И.Старостин и В.В.Фомин (53) 621.375.8 (088.8) (56) Галутва Г.В. и др.. Селекция типов колебаний и стабилизация частоты излучения ОКГ. И.: Связь, 1972, с.45.

Патент США № 3609583, кл. 331-94.5, 1971. (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ стабилизации частоты лазерного излучения, основанный на пропускании частотно-модулированного лазерного излучения через резонансно-поглощающую среду, измерении смещения частоты лазерного излучения и установке ее на вершину резонанса резонансно-поглощающей среды, отличающийся тем, что, с целью повышения долговременной ста.бильности частоты лазерного излучения путем уменьшения параэитной амплитудной модуляции, перед измерением смещения частоты регистрируют сигнал приращения мощности излучения в зависимости от частоты в области резонанса, измеряют максимальную и минимальную величины сигнала приращения и определяют глубину паразиткой модуляции, затем модулируют по амплитуде лазерное излучение с глубиной модуляции в 4-6 раз больше, чем глу" бина паразитной модуляции, и,изменяя фазу частотной модуляции лазерного излучения, подавляют амплитудную модуляцию в сигнале приращения мощности излучения в зависимости от частоты в области резонанса.

2. Устройство для стабилизации частоты лазерного излучения, содержацее лазер, ответвитель, резонанснопоглощающую ячейку, оптически связан-. ные с ответвителем и соединенные последовательно фотоприемник, усилитель, Фазовый компаратор, переключатель и частотный модулятор-корректор, а также генератор модулирующего напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения долговре- а менной стабильности частоты лазерного излучения, в него дополнительно введены амплитудный модулятор, вторые ответвитель, фотоприемник, усилитель, С

Фазовый компаратор, а также два фазовращателя, генератор сканирующего напряжения, индикатор и два ключа, причем амплитудный модулятор и второй . ответвитель установлены последовательно между лазером и первым ответвителем а с вторым ответвителем оптически связаны и соединены последовательно, второй Фотоприемник, второй усилитель, второй Фазовый компаратор, второй фазовращатель выход которого подключен к опорным входам первого и второго Фазовых компараторов, выход генератора модулирующего напряжения через первый ключ соединен или с опорными входами первого и второго фазовых компараторов или через первый ключ с сигнальным входом второго фаэовращателя, а также с входами первого Фазовращателя и амплитудного модулятора, выход первого Фаэовращателя

3 1163784 4 подключен к частотному модулятору-корректору, генератор сканирующего нап-, ряжения подключен через второй ключ к частотному модулятору-корректору и 5

Изобретение относится к квантовой 10 электронике и может быть использовано для стабилизации частоты лазеров, в частности газовых лазеров видимоI o и инфракрасного диапазонов.

Целью изобретения является повыше- 15 ние долговременной стабильности частоты лазерного излучения.

Данный способ производят следующим образом.

Иодулируют лазерное излучение по 20 частоте, периодически меняя длину резонатора лазера относительно его среднего положения, пропускают сфор мированное лазерное излучение. через резонансно-поглощающую среду, ре- 25 гистрнруют сигнал приращения мощности излучения, измеряют максимальную и минимальную величины сигнала приращения, определяют глубину паразитной амплитудной модуляции лазерного 30 излучения, модулируют лазерное излучение по амплитуде с глубиной модуляции в 4-6 раз большей глубины пара) зитной амплитудной модуляции лазер- . ного излучения, симметрируют величину приращения мощности лазерного излучения s зависимости от частоты в полосе резонансарезонансно-поглощающей среды введением временного запаздывания периодическогоизменения длинырезо- 40 натора лазера, т.е. изменяя фазу частотной модуляции, подавляют ампли" тудную модуляцию в сигнале приращения мощности, измеряют смещение часто. ты лазерного излучения от веригины ре- 45 эонанса резонансно-поглощающей среды, устанавливают частоту лазерного излучения на вершину резонанса резонансно-поглощающей среды измене-.. нием длины резонатора. 50

Для осуществления способа предло.жено устройство, схема которого показана на чертеже. Устройство содержит лазер 1 частотный модулятор-корУ

:55 ректор 2, амплитудный модулятор 3 лазерного излучения, линзы 4, генера" тор:модулирующего напряжения 5. первый .ответвитель 6, резонансно-поглок одному из входов индикатора, а другой вход индикатора подключен к выходу первого фазового компаратора. щающую ячейку 7. глухое зеркало 8, первый фазовый компаратор 9, первый фотоприемник 10„ первый усилитель 11, второй ответвитель 12, второй фотоприемник 13, второй усилитель 14, второй фазовый комцаратор 15, второй фазовращатель 16, первый фазовращатель 17, второй ключ 18, генератор синусоидального напряжения 19, индикатор 20, первый ключ 21, переключатель 22.

Устройство работает следующим образом.

Второй ключ 18 включен, переключатель 22 выключен, первый ключ 21 находится в верхнем положении. При этом на экране индикатора 20 регистрируют сигнал приращения мощности . лазерного излучения в зависимости от частоты в полосе резонанса резонансно-поглощающей среды, измеряют максимальную и минимальную величины сигна- . ла приращения. В зависимости от времени С величина сигнала меняется иэ-за параэитной амплитудной модуляции (ПАИ), что приводит к нестабильности частоты. Глубина ПАИ равна ! А - А .)

m «3» «« ) оАЮ 4S I K K< где S — чувствительность первого фотоприемника;

I — - мощность излучения лазера, попадающая на первый фотоприемник;

К - коэффициент передачи первого ( усилителя;

К - коэффициент передачи первого фазового компаратора;

А1- максимальная вели инаэ

А - минимальная величина сигнала.

Зная Убину ПАИ щ Ф BpHMPHHloT .МФ дополнительную амплитудную модуляцию (ДАМ) с б и модуля и Ъм-(46) x m„>+. Дальнейшее увеличение глубины JQM а*А нежелательно из-за возникающих искажений в фазовом компараторе 9, перегрева амплитудного модулятора 3..Первый ключ 21 устанавливают

5 11637 в нижнее положение и фаэовращателем17 вводят временное запаздывание пери- одического изменения длины лазерного .резонатора до устранения асимметт рии приращения моцности лазерного излучения в зависимости от частоты в полосе резонанса резонансно-поглощающей.среды, т.е. изменяя фазу частотной модуляции, подавляют всю,ампли-.10 тудную модуляцию. Далее выключают второй ключ 18, включают переключатель 22, в результате чего измеряют смещение частоты лазерного излу-. чения, определяя величину и знак сиг- 11 нала приращения моцности лазерного излучения в зависимости от частоты в полосе резонанса резонансно"пог.лощающей среды, и устанавливают ее на вершину резонанса резонансно-nor- 20 лощающей среды посредством системы . автоподстройки частоты (АПЧ), состоящей из первых фотоприемника 10, усилителя 11, фазового комларатор 9 и

84

6 частотного модулятора-корректора 2, при этом фазу сигнала амплитудной мо дуляции Т и автоматически поддерживают в квадратуре с опорным напряжением фазового компаратора 9 систе", мой автоматической подстройки фазы (АПФ), состоящей из вторых фотоприемника 13,. усилителя 14, фазового компаратора 15 и первого фазовращателя

17. Для упрощения устройства, повышения выходной мощности излучения лазера и дальнейшего уменьшения долговременной нестабильности частоты лазерного излучения можно совместить амплитудный модулятор 3 с частотным модулятором-корректором 2.

Экспериментальная проверка показала, что наличие НАИ ограничивает долговременную нестабильность частоты на уровне 10 . В данном решении происходит устранение влияния IIAM и долговременная нестабильность частоты достигает уровня 10

11á3784

Редактор С.Титова Техред М.Дццык

Корректор И. Самборская

Закаэ 2559 Тираж 314 Подписное

РЧИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101