Способ стабилизации частоты излучения лазера по резонансу насыщенного поглощения и устройство для его осуществления

Способ стабилизации частоты излучения лазера по резонансу насыщенного поглощения и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ стабипияация частоты излучения лазера по -pesoHaney на- (ялцеяиого поглов 1ия, вклаопааянй но дуляцию частоты излучения определение значения амплитуды сигнала нечетной гармоники колебаний мощности излучения лазера и подстройку частоты лазера к центру линии (ения, о тли чающийся тем, что, , с целью повышения воспроизводимости частоты, дополнительно определяют значение амплнтуды сигнала второй нечетной гармоники колебаинй мощноети излучения лазера, при том обе не ниже Третьей скла цюают эти значения в соотношении К.-ННН2 wK-h («to гДе k, п - Номера гармоник;/ ; А, . А - a IШIИтyды сигналов зтюс гармоник, мкВт; , /KI - отношение :ширйны резонанса насыщенного поглощения на половине его высоты к I ширине полосы модуляции частоты излучения лазера, и осуществляют подстройку частоты излучения по центральному нулю полученного суммарного сигнала. 2. Устройство для стабилизации частоты излучения лазера па резонансу насыцеяного поглоАення, содержащее лазерный-резонатор, одно зеркало которого укреплено на пьезокорректоре, а второе иа пьезомодуляторе, генератор сигнала модуляции, соединенный с пьеэомодулятором, фаэоврвяатель, вход которого соединен с вмходом генераюра сигнала модулящт, генератор опормого сигнАла, фотопрненнщс, оптически саяэакный с лазерным резонатором , селективнь) усилитель, синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом селективного лителя, а второй вход соеднней с выходом генератора опорного сигнала, усшштвха постоянного тока, вход которого соедикен с выходом синхрон- . иого детектора, а выход - с пье зокорректором , отличающееся тем, что, с целью повышения воспроизводимости частоты, в устройство введены нелинейнь1й смеситель сигналов, два синтезатора частоты с ; функциями F и F преобразования со .ответственно, причем (f, F) nf + F, 1 Fj(f, F) - kf + F, -частота сигнала на выходе где первого синтезатора, Гц; -частота сигнала на выходе второго синтезатора, Гц;

).

C0IOS СОВЕТСНИХ .(51)5 Н О! S 3 !36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й АВТОБУСНОМУ ШДВТЮЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ! ОТНРЫТИЙ

1. . (46) 23.05 ° 91. Бвл. Р 19 (21) 3804475/25 (22) 24.I0.84 (72) А.В.Миронов (53) 621.375.8 (088,8) (56) Справочник по лазерам./ Под ред. А.М.Прохорова,, !979,. т. с. 22l .

Капралов В.П. н др. Исследова,ние Не-Ме лазера, стабилизированного, о насыщенному поглощекио в иоде-I27.

Оптика и спектроскопкя, l980, т. 49, в. 5, с. 958. (54) СПОСОБ СТАВИИЮАЯИИ ЧАСПП Ц

ИЗЛУЧЕНИЯ ШЗЕРА ПО РЕЯОНАНСУ НАСЫЩЕННОГО ПОПзЯвННЯ И УСПОЯСТВО ДПЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) I Способ стабилнэвции чвстотЫ излучения лазера по резонансу на сыщенного поглощения, вкл«икающий иодуляцию частоты излучения, определение значения ввтлитуды сигнала нечетной гармоники колебаний мощности излучения лазера н подстройку часто" ты лазера к центру линии поглощения, отличающийся тем, что,, .. с Целью повышения воспроизводимости частоты, дополнительно определяют значение амплитуды сигнала второй

- нечетной гармоники колебаний мощнос" . ти излучения лазера, при этом обе не нике третьей складывают эти значения в соотношении к- -я

Г!) ..i(ГР+1-М) ° *„+А„, . где k, n - номера гармоник;, A„, . А — амплйтудй сигналов этих гармокйк, мкВт;

,7 — отношение .ширины резонан.са насыщенного поглощения

SU.„ 1266429 А1 ка половике его высоты к ширине полосы модуляции частоты излучения лазера, и осуществляют подстройку частоты asлучения по центральному нулю полученного суммарного сигнала.

2. Устройство для стабилизации частоты излучения лазера па резонансу насыщенного поглощения, содерквщее лазерный резонатор, одно зеркало «оторого укреплено ка пьезокорректоре, а второе на пъезомодуляторе, генератор сигнала модуляции, соединенный с ъезомодулятором, 4взоврвщвтель, вкод которого соединен с выходом генератора сигнала модуляции, генератор опорного сигнала, фотоприемник, оптически свяэаикый с лазерным резонатором, селективный усилитель, сиккрокный детектор, первый вход которого

° а соединен с выходом селективного уси-: Я лителя, а второй вход соединен с вы" ходом генератора опорного сигнала, усилитель постоянного тока, вход которого соедзжен с выходом сннхрон- С5 кого детектора, а выход — с пье зокорректором, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повыше- 9© ния воспроизводимости частоты, в уст" © ройство введены нелинейный смеситель сигналов, двв синтезатора частоты с функциями F и Р2 преобразования со ответственно, причем.

К - F, (Z, F) - .Ê + F, ° Р„(Е, Р) k!." + F, где f — частота сигнала на выходе

1 первого синтезатора, Гц;

Е - частота сигнала ка выходе

2 второго синтезатора, Гц;

1266429

Е = частота сигнала на первых да входах обоих синтезата- вь ров 9 Г ц я ?3

Г - частота сигнала на вторых л входах обоих синтезаторов. с ослабитель с коэффициентом ослаб- с пения и и сумматор,.при этом ?первые входы

J синтезаторов частот соединены с вьиом фаэавращателя, вторые входь? — с

?ходом генератора опорного сигнала

ыхад первого синтезатора через осабитель соединен с первым входом умматора, выход второго синтезатора оединен с вторым входом сумматора, ервый вход смесителя соединен с выходом фотоприемника, второй вход — с выходом сумматора, выход смесителя соединен с входом селективного усилителя °

Иэабрете??ие ат??осится ?? ??Ba??Toaoé электронике, точнее — частатнастабилиэированным лазерам, и маже быть использовано при создании квантовых стандартов частоты.

Целью изобретения является павь?ц?е= иие воспроизводимости частоты излучения х?азера

В предлагаемом способе стаби????за." ции частоты излучения лазера па реза". нансу насыщенного поглощения одновременна определяют значения амплитуд сигналов двух высших нечетных гармоник колебаний мощности излучения лазера, складывают эти значения в слеследующем соотношении: к- + (-1) - (Jg ?+1 -v) А + A и к где k B. — номера указаннь?х .=апманик к ь гармоник, мкВт;

? — отношение ширины резонанса насыщенного гоглощения на половине его высоты к ширине паласы модулнцни частать? излучения лазера и осуществляют подстройку частоть? из.лучения па центральному нулю получен=ного суммарного сигнала.

В частности, в предлагаемом спаса.: бе для подстройки частоты выбирают третью и пятно гармоники, На чертеже приведена блок-схема устройства для стабилизации чистоты излучения лазера. устройства содержит лазернь?й резонатор 1„ одна зеркала 2 катара? о укрепл яо ня пьеэакарректаре 3,а второе зеркало 4 — на пьеэамодуляторе 5„с размещенным в лазерном резонаторе 1 активным элементом 6 и

i поглощающей ячейкой 7, генератор 8

,. сигнала модуляции, соединенный с пьезомодуляторам 5, енератар 9 опорного сигнала, фазавращатель 10, вход которого соединен с выходам генерато" ра 8, фатоприеиник 11, оптически свя=

Я,за??нь?й с резонаторам 1, селектив ный усилитель 12, скяхроннь?й детектор 13, первый вход которого соединен с выходом селективнога усилителя 12, а второй вход — с выходом генератоИ ра 9, усилитель 14 пастайнного тока, вход которого соединен с выходом с??нхраннога детек-.ара 13, а выход.с пьеэакорректарам 3. Устройство также соцержит нелинейнь?й смеситель 15

О .,":игналав, первый вход которого соединен с- выходом фотоприемника 11, а выход - с входом усилителя 12 два синтезатора 16 и 17 частот с функциями Г и Г преобразования саот1 2 " ветствейна, причем в конкретном слу чае выбора третьей и пятой гармоник

f, «Г,(r, Г) «3 +в,. к, - r, (s г) = ы + г, ЗЯ

-б где К„- частота сигала на выходе первого синтезатора 16 ГЦ1

Е - частота сигнала на выходе " второго синтезатора 17, Рц;

Х - частота сигнала на первых входах синтезаторов 16, 17,. 1"ц1

à — частота сигнала на вторых входах аинтpsaTopoB 1 6 в

17, Гц, 1266429, 4 выхода, воздействуя на пьезокорректор

3, осуществляет автоматическую подстройку частоты к нулевому значению амплитуды колебаний на выходе усилителя 12.

Коэффициент ослабления ослабителя

19 устанавливают равным при этом первые входы синтезаторов

16 и 17 соединены с выходом фазовра- щателя 1О, а вторые входы — с выходом генератора 9, и сумматор 18, вы-ход которого соединен с вторым входом смесителя 15, первый вход соединен через ослабитель 19 с выходом синтезатора 16 частот, а второй вход - с выходом синтезатора 17. Селективный усилитель 12 настроен íà 10 частоту генератора 9 опорного сигнала.

Предлагаемый способ реализуют с помощью предлагаемого устройства сле дующим образом. 5

В резонаторе 1 возбуждается генерация индуцированного излучения, взаимодействующего с поглощающей средой

s ячейке 7. В окрестности центра линии поглощения образуется резонанс «0 насыщенного поглощения. Сигнал генератора 8 через пьеэомодулятор 5 модулирует частоту излучения по синусоидальному закону. При этом возникают колебания мощности излучения, обогащенные высшими гармониками, амплитуды гармоник зависят от частоты излучения.

Сигнал генератора 8 частотой f, сдвинутый flo фазе в фаэовращателе 10 30 для компенсации сдвига фазы в усилителе !2, и сигнал генератора 9 частотой F преобразуются в синтезато рах 16 и 17 в сигналы с частотыми

ЗЕ + F и 5f + F соответственно. Пер- 55 вый иэ полученных сигналов ослабляет" ся ослабителем 19, затем сигналы складываются сумматором 18.

Колебания мощности излучения преобразуются фотоприемником II в злек- 40 трический сигнал. Смеситель 15 осуществляет аналоговое перемножение этого сигнала с сигналом, поступающим на второй вход смесителя 15 с сумматора 18. Из сложного сигнала, 45 действующего на выходе смесителя 15, селективный усилитель 12 выделяет и усиливает сигнал на ча"тоте F, попадающий а полосу его пропускания. Сиих" ронный детектор 13 вырабатывает мед"<50 ленно меняющееся напряжение, пропор- циональное амплитуде сигнала, посту пившего на его первый вход с усилителя 12, и косинусу разности фаэ этого сигнала и опорного сигнала, посту-55 пившего на второй вход с генератора 9. Это напряжение усиливается уси лителем 14 постоянного тока и с его где л- отношение ширины резонанса насыщенного поглощения на половине его высоты к ширине полосы модуляции частоты излучения лазера.

Амплитуды сигналов с выходов синтезаторов 16, 17 равны. На выходе сумматора 18 образуется смесь сигналов на частотах Çf + F и 5f + F c калиброванным отношеиием их амплитуд. Это отношение может устанавливаться с высокой точностью, например, с погрешностью не хуже IO . Сигналы на входах смесителя 15 можно представить как суммы спектральных составляющих, тогда сигнаЛ на его выходе после аналогового перемножения входных сигналов будет иметь вид ьcos (3 2П -ft) +

+ А соа (5 21 t) + U (С)) (l

«cos (3f + F) 2!i t + сов (5Е + F! 2IItj — (— + А ) соз 2TfFt+U (t)

V А

2 с 2 « где U(t) — выходной сигнал, В;

V - -коэффициент передачи смесителя и фотоприемника, В/мкВт; — коэффициент ослабления;

Таким образом, в смесителе 15 осуществляется сложение амплитуд третьей и пятой гармоник, сопровождающееся также переносом их частот на частоту Р опорного сигнала . При этом вклады гармоник в суммарный сигнал калиброваны и поддерживаются с высокой точностью. В результате обеспечивается получение. суммарного .сигна- . ла, центральный нуль которзго совпадает с центром линии поглощения, составляющие сигналов, не попадающие в полосч пропускания усилителя 12, В, Составитель О.Исаева

Текред Jl.Cåðäâêîâà.: Хорректор T.Колб

Редактор А,Кондрахина

Заказ 2449 Тираж 313 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений иоткрытий

113035, Иоскна„ Ж35, Раушская йаб.; д.. 4/5

Ь м\ е авва М

Производс твенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

1акнМ образом, предложенное техМ41ческое реждение .позволяет обеспечить совпадение частоты излучения с

Мтннным центром. асимметрично. де1266429, ф формированного резонанса насвваениогд поглощения и тем самым повысить вос,производимость и точность частоты излучения стабилизированного лазера.