Способ измерения спектра излучения Российский патент 2021 года по МПК G01J3/26 

Описание патента на изобретение RU2756483C1

Предлагаемое изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для измерения параметров спектров излучения лазера.

Известен способ обработки спектров (A. Destrez, Z. Toffano, I. Joindot, C. Birocheau, and L. Hassine // IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, 1993, 42, 304), являющийся аналогом предложенного способа, в котором для измерения спектра излучения лазера при обратной связи, когда рассматриваются N мод, используют свертку суперпозиции лоренцевых линий и пропускания интерферометра Фабри-Перо. Полученный результат достигается изменением коэффициентов в функции Лоренца и сравнением суммы данных функций с экспериментально полученным спектром, записанным с помощью сканируемого интерферометра Фабри-Перо.

Однако в указанном способе для описания формы линии лазера используют форму линии Лоренца, хотя в общем случае форма линии лазера существенно отличается от Лоренца, что приводит к увеличению погрешности измерения спектров.

Кроме того, известен способ (U. A. Varpula, T. Antila, C. Holmlund, J. A. R. Mannila, A. Rissanen, J. Antila, R. Disch, T. Waldmann // Proc. of SPIE, 2014, 8992, 1), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в том, что излучение широкополосного источника пропускают через интерферометр Фабри-Перо, который вырезает узкую часть спектра. При изменении длины интерферометра изменяют длину волны максимума его пропускания. При обработке результатов используют формулу Эйри

где - воздушный зазор между зеркалами,

λ - длина волны излучения,

θ - угол падения,

F - коэффициент остроты, определяемый как

где R - коэффициент отражения зеркал.

Однако, указанный способ можно использовать только для интерферометров с короткой базой (2-5 мкм), когда кривизна волнового фронта практически не меняется за достаточно большое число проходов. Для интерферометров с большой базой, используемых для повышения разрешающей способности, наблюдается существенное различие амплитуд расчетной и экспериментальной кривой пропускания интерферометра, что приводит к существенным погрешностям при обработке спектров излучения.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является повышение точности измерения спектральных компонент излучения для интерферометра Фабри-Перо с высокой разрешающей способностью.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что для измерения сложных спектров излучения полупроводникового лазера при сверхвысокочастотной модуляции тока инжекции излучении через оптический изолятор подают на интерферометр Фабри-Перо, длину базы которого сканируют пилообразным напряжением от генератора, сигнал с которого подают на пьзокерамический преобразователь; затем излучение подают на фотоприемник, сигнал с которого подают на цифровой осциллограф; затем с помощью цифрового осциллографа записывают сложный спектр, обработку которого необходимо произвести, и отличающийся тем, что при обработке спектров используют предварительно полученную экспериментально форму пропускания интерферометра Фабри-Перо, амплитуда и положение которой затем по методу наименьших квадратов подбирают под обрабатываемые спектры, при этом под каждый из наблюдаемых пиков в обрабатываемом спектре подбирают свои значения амплитуды и положения максимума экспериментально записанной формы пропускания.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ: 1 - генератор сверхвысокочастотных сигналов, 2 - полупроводниковый лазер, 3 - оптический изолятор, 4 - интерферометр Фабри-Перо, 5 - генератор пилообразного напряжения, 6 - пьезокерамический преобразователь, 7 - цифровой осциллограф, 8 - фотоприемник.

На фиг. 2 показан пример работы описываемого способа обработки спектров при сверхвысокочастотной модуляции тока инжекции диодного лазера частотой 3,50 ГГц, записанных с помощью сканируемого интерферометра Фабри-Перо.

На фиг. 3 приведен пример обработки этого же спектра с помощью формулы Эйри, в которой по методу наименьших квадратов подбирают амплитуды компонент, частотное положение и коэффициент остроты интерферометра Фабри-Перо.

На фиг. 4 приведена разность между экспериментальным и теоретическим графиком при двух описанных выше методах обработки. Красной линией обозначена разность при обработке формулой Эйри, а синей - при обработке предложенным методом.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно экспериментально записывают форму пропускания интерферометра Фабри-Перо и спектр, обработку которого необходимо провести.

Генератор сверхвысокочастотных сигналов 1 имеет кабельную связь с полупроводниковым лазером 2, который имеет оптическую связь с оптическим изолятором 3, имеющим оптическую связь с интерферометром Фабри-Перо 4; генератор пилообразного напряжения 5 имеет кабельную связь с пьезокерамическим преобразователем 6 и цифровым осциллографом 7; пьезокерамический преобразователь 6 имеет клеевой контакт с выходным зеркалом интерферометра Фабри-Перо 4; фотоприемник 8 имеет оптическую связь с интерферометром Фабри-Перо 4 и кабельную связь с цифровым осциллографом 7.

Запись спектра осуществляют следующим образом. Излучение полупроводникового лазера 2 через оптический изолятор 3 подают на интерферометр Фабри-Перо, длину базы которого сканируют пилообразным напряжением от генератора 5, сигнал с которого подают на пьзокерамический преобразователь 6. Затем излучение подают на фотоприемник 8, сигнал с которого подают на цифровой осциллограф 7. В результате с помощью цифрового осциллографа 7 записывают экспериментальную форму пропускания интерферометра Фабри-Перо 4, используемую впоследствии для обработки спектров. Затем с помощью сверхвысокочастотного сигнала от генератора 1 модулируют ток инжекции полупроводникового лазера 2 и аналогичным образом записывают сложный спектр, обработку которого необходимо произвести. Для каждого пика в спектре обрабатываемого лазера подбирают значение амплитуды и частотного положения, позволяющее минимизировать разницу между суммой форм пропускания при каждом значении по оси абсцисс и экспериментальным значением обрабатываемого спектра в этой точке. Таким образом, набор форм пропускания с различными амплитудами и положениями будет представлять собой истинный спектральный состав исследуемого излучения. Амплитуды и положения экспериментальных форм не будут совпадать с пиками обрабатываемых спектров, поскольку после обработки будет учтено их взаимное влияние друг на друга и с обрабатываемым спектром будет совпадать лишь их поточечная сумма.

Для численной оценки точности используют поточечную сумму квадратов разностей экспериментального и теоретического графиков. В случае обработки формулой Эйри сумма квадратов составляет 0,013, а при обработке предложенным методом - 0,0014, т.е. точность обработки предложенным по сравнению с прототипом на порядок выше.

Техническим результатом является повышение точности измерения спектральных компонент излучения для интерферометра Фабри-Перо с высокой разрешающей способностью.

Похожие патенты RU2756483C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2009
  • Сахаров Вячеслав Константинович
  • Герасимов Евгений Георгиевич
RU2408853C1
Узкополосный лазер с внешним резонатором 2023
  • Резников Андрей Владимирович
  • Никитин Сергей Петрович
  • Трещиков Владимир Николаевич
RU2816115C1
СПОСОБ ОПТИЧЕСКОЙ КОГЕРЕНТНОЙ ТОМОГРАФИИ 2005
  • Акчурин Гариф Газизович
  • Акчурин Александр Гарифович
RU2303393C1
ОПТИЧЕСКИЙ РЕГЕНЕРАТОР 1992
  • Ломашевич С.А.
  • Светиков Ю.В.
RU2099762C1
Оптический способ определения перемещения объекта 1987
  • Горшков Борис Георгиевич
  • Первушин Юрий Борисович
SU1465696A1
Способ получения последовательности идентичных фемтосекундных импульсов для излучения с произвольной шириной спектра 2020
  • Дмитриев Александр Капитонович
  • Головин Николай Николаевич
  • Савинов Константин Николаевич
RU2760624C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИМПУЛЬСНОГО ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2011
  • Берлизов Анатолий Борисович
  • Золотаревский Юрий Михайлович
  • Иванов Вячеслав Семенович
  • Крутиков Владимир Николаевич
  • Лебедев Виталий Борисович
  • Фельдман Григорий Геннадьевич
RU2452926C1
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1998
  • Дианов Е.М.
  • Беловолов М.И.
  • Бубнов М.М.
  • Семенов С.Л.
RU2152601C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ГРЕБЕНКИ ЧАСТОТ ЛАЗЕРА С САМОСИНХРОНИЗАЦИЕЙ МОД 2009
  • Баснак Дмитрий Викторович
  • Дмитриев Александр Капитонович
  • Луговой Алексей Анатольевич
  • Покасов Павел Викторович
  • Потехин Андрей Константинович
RU2410653C1
СЕНСОР МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСНОВЕ РАССЕЯНИЯ МАНДЕЛЬШТАМА-БРИЛЛЮЭНА 2016
  • Белотелов Владимир Игоревич
  • Ветошко Петр Михайлович
  • Князев Григорий Алексеевич
RU2638918C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 756 483 C1

Реферат патента 2021 года Способ измерения спектра излучения

Изобретение относится к области лазерной техники и касается способа измерения спектра излучения. Способ заключается в том, что для измерения сложных спектров излучения полупроводникового лазера при сверхвысокочастотной модуляции тока инжекции излучение через оптический изолятор подают на интерферометр Фабри-Перо, длину базы которого сканируют пилообразным напряжением от генератора, сигнал с которого подают на пьезокерамический преобразователь. Излучение подают на фотоприемник, сигнал с которого подают на цифровой осциллограф и записывают сложный спектр, обработку которого необходимо произвести. При обработке спектров используют предварительно полученную экспериментально форму пропускания интерферометра Фабри-Перо, амплитуду и положение которой затем по методу наименьших квадратов подбирают под обрабатываемые спектры. Под каждый из наблюдаемых пиков в обрабатываемом спектре подбирают свои значения амплитуды и положения максимума экспериментально записанной формы пропускания. Технический результат заключается в повышении точности измерения спектральных компонент излучения для интерферометра Фабри-Перо с высокой разрешающей способностью. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 756 483 C1

Способ измерения спектра излучения, при котором для измерения сложных спектров излучения полупроводникового лазера при сверхвысокочастотной модуляции тока инжекции излучение через оптический изолятор подают на интерферометр Фабри-Перо, длину базы которого сканируют пилообразным напряжением от генератора, сигнал с которого подают на пьезокерамический преобразователь; затем излучение подают на фотоприемник, сигнал с которого подают на цифровой осциллограф; затем с помощью цифрового осциллографа записывают сложный спектр, обработку которого необходимо произвести, отличающийся тем, что при обработке спектров используют предварительно полученную экспериментально форму пропускания интерферометра Фабри-Перо, амплитуду и положение которой затем по методу наименьших квадратов подбирают под обрабатываемые спектры, при этом под каждый из наблюдаемых пиков в обрабатываемом спектре подбирают свои значения амплитуды и положения максимума экспериментально записанной формы пропускания.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2756483C1

А
А
Исакова и др
Особенности режимов генерации полупроводникового лазера с внешним резонатором при СВЧ модуляции
КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, т
Способ очищения сернокислого глинозема от железа 1920
  • Збарский Б.И.
SU47A1
ШАХТНАЯ ТОПКА ДЛЯ МНОГОЗОЛЬНОГО ТОРФА 1922
  • Симоненко А.А.
SU610A1
Uula Kantojarvi и др
"Compact Large-Aperture Fabry-Perot Interferometer Modules for Gas Spectroscopy at Mid-IR", Proceedings of SPIE, т
Ветросиловая установка 1927
  • Кажинский Б.Б.
SU8992A1
Труболитейный и укладывающий комбайн 1949
  • Виссинг М.Г.
  • Машатин Н.И.
SU89920A1

RU 2 756 483 C1

Авторы

Савинов Константин Николаевич

Головин Николай Николаевич

Дмитриев Александр Капитонович

Даты

2021-09-30Публикация

2021-02-12Подача