Устройство для измерения частоты излучения лазера Советский патент 1991 года по МПК H01S3/106 H01S3/108 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для повышения точности измерения час

тоты лазеров, в частности частотностабилизированных лазеров.

Известно устройство для измерения частоты излучения лазера, содержащее опорный лазерный стандарт, исследуемый лазер, высокочастотный смеситель высокочастотный усилитель и частотомер.

Недостатком такого устройства является необходашость создания высо.коточного опорного лазерного стандар та, высокочастотных смесителя и усилителя.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения частоты излучения лазера, содержащего р зонатор, одно из зеркал которого установлено на пьезокерамике, loieeT систему автоподстройки частоты, включающую ячейку и индикатор, и соединенные последовательно фотоприемник, усилитель, фазовый детектор, интегратор, усилитель постоянного тока, переключатель и генератор модулирукицго напряжения, выход которого соединен с пьезокерамикой, а также зталонный лазер.

В предлагаемом устройстве регистрируют сигнал приращения амплитуды резонансного пика мощности излучения в зависимости от частоты; измеряют амплитуду полученного сигнала и ширину по частоте от максимума до минимума; изменяют полярность сигнала на обратную полярность; совмещают полученный сигнал с первоначальным; усиливают и измеряют величину разности максимумов или минимумов этих сигналов; определяют поправку к частоте квантового перехода; измеряют частоту резонансного пика мощности излучения по отношению к эталону и определяют частоту кб антового перехода.

Недостатком известного технического решения является недостаточно высокая точность измерения частоты лазерного излучения, обусловленная низкой точностью компенсации наклона линии генерации для резонансного пика мощности излучения.

Цель, изобретения - повьш1ение точности измерения частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты излучения лазера, включающего резонатор, одно из зеркал которго установлено на пьезокерамике, содержащее систему автоподстройки частоты, включающую нелинейно-поглощающую ячейку, индикатор, и соединенные последовательно фотоприемник, усилитель, фазовый детектор, интегратор, усилитель постоянного тока, переклю чатель и генератор модулирующего напряжения, выход которого соединен с пьезокерамикой, а также эталонный лазер, введены соединенные последовательно генератор синусоидального напряжения, фазовращатель, формирователь импульсов, коммутатор фазы на 180 и ключ, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен также с пьезокерамикой зеркала и входом индикатора, выход, фазового детектора соединен с вторым в5 :одом индикатора« второй вход и выход коммутатора фазы на 180 соединены соответственно через ключ с вторым выходом генератора модулирующего напряжения и вторлм входом фазового детектора, а коммутатор фазы на 180 выполнен в виде пяти двухвходовых логических элементов И-НЕ, причем два входа первого элемента и один вход четвертого подключены к одному входу коммутатора два входа третьего элемента и один вход второго подключены к другому входу коммутатора, другой вход второго элемента соединен с выходом первого, другой вход четвертого элемента соединен с выходом третьего, входа пятого элемента соединены соответственно с вЬпсодом второго и четвертого элементов, а выход пятого элемента.подключен к выходу коммутатора фазы. I

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг.2 - выполнение управляемого коммутатора фазы.

Устройство содержит генератор синусоидального напряжения 1, фазовращатель 2, формирователь импульсов 3, управляемый коммутатор фазы на 180 4 переключатель 5, индикатор 6, систему 7 автоматической подстройки частоты, фазовый детектор 8, зеркала 9 лазера 10, пьезокерамику 11 зеркала лазера, переключатель 12, переключатель 13, сигнальный вход 14 коммутатора, выход 15 коммутатора, управляющий вход 16 коммутатора, элементы 17, 18, 19, 20, 21 И-НЕ, фотоприемник 22, усилитель 23, генератор модулирующего напряжения 24, интегратор 25, усилитель постоянного тока 26, эталонный лазер 27, делительную пластину 510 28, линзы 29, нелинейно-насьщающую ячейку 30, зеркало 31. Лазер 10 оптически связан с этало ным лазером 27. Генератор синусоидал кого напряжения 1 соединен через переключатель 13 с пьезокерамикой-11 лазера 10, фазовращателем 2 и индика тором 6, выход фазового детектора 8 соединен с индикатором 6, управляющи вход 16 управляемого коммутатора фаз на 180 4 соединен с выходом фазовра .щателя 2 через формирователь импуль сов 3, а сигнальные вход 14 и выход 15 управляемого коммутатора фазы на 180 4 включены через переключатель 5 в цепь подачи опорного сигна ла на фазовый детектор 8 системы 7 а томатической подстройки частоты. Фотоприемник 22 оптически связан с лазером 10 и электрически связан с фазовым детектором 8 через усилитель 23. Интегратор 25 связан с фазовым детектором 8 и усилителем постоянног тока 26. Пьезокерамика 11 лазера че рез переключатель -12 соеди1 ена с вых дом усилителя постоянного тока 26. Генератор модулирующего напряжения 24 связан с пьезокерамикой 11. Элементы ИЧ1Е 17,18,19,20,21 составляют управляемый коммутатор фазы на 180°. В данномтехническом решении производят следующее. 1.Регистрируют дискриминационную кривую ячейки поглощения и измеряют ее ширину. 2.Измеряют размах дискриминацион ной кривой. 3.Регистрируют зеркальное отображение дискриминационной кривой относительно нулевого уровня. 4.Совмещают это зеркальное отображение с дискриминационной кривой. 5.Измеряют разность максимумов растянутой дискриминационной кривой и ее зеркального отображения. Поправку можно рассчитать по форм Л А 1 Т где А - размах дискриминационной кривой; ширина кривой; А - величины максимума и мини- мума относительно нулевой линии: U.A « Ajj - Ag,; центральная частота линии поглощающей ячейки; значение частоты лазера, соответствующее нулевому уровню на выходе системы 7, Устройство работает следующим образом. Система 7 разомкнута переключателем 12, переключатель 13 включен и частота лазера сканируется по синусоидальному закону. Переключатель 5 находится в положении I и на выходе детектора 8 вырабатывается сигнал ошибки, регистрируемый на индикаторе 6 в виде дискриминационной кривой. Сигнал с выхода генератора 1 сдвигается по фазе на 90° фазовращателем 2, преобразуется.в меандр формирователем 3 с фронтами в моменты пересечения нулевого уровня и поступает на коммутатор 4. Переключатель 5 устанавливается в положение II, при этом опорный сигнал сервосистемы проходит через коммутатор 4, в результате чего его фаза периодически коммутируется на 180 . При коммутации фазы происходит изменение полярности сигнала ошибки, т.е. .осуществляется операция зеркального отображения дискриминационной кривс й, которое регистрируется на индикаторе. По осциллограмме индикатора измеряют величиAVp, А, & А и рассчитывают поправныку к частрте по формуле (1). После окончания настройки переключатель 5 устанавливают в положение I, отключают сканирование переключателя 13, замыкают систему 7 переключателем 12 и измеряют значение частоты стабилизированного лазера сличением с эталоном. Экспериментальная проверка данного устройства проводилась на COg.лазера с ячейкой на основе линии поглощения молекулы OS 0.. Данное устройство позволило повысить точность измерения частоты лазера до 10 раз.

t

«4J

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА, включающего резонатор, одно из зеркал которого установлено на пьезокерамике, содержащее систему автоподстройки частоты, имеющзгю нелинейно-погяощаю1ЧУю ячейку, индикатор, и соединенные последовательно фотоприемник, усилитель, фазовый детектор, интегратор, усилитель постоянного тока, переключатель и генератор модулирующего напряжения, выход которого соединен с пьезокераникой, а также эталонньй лазер, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения частоты, в него введены соединенные последовательно генератор синусоидального напряжения, фазовращатель, формирователь импульсов, ком fyтaтop фазы на 180° и ключ, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен также с пьезокерамикой зеркала и входом индикатора, выход фазового детектора соединен с вторым входом индикатора, второй вход и выход коммутатора фазы на 180 соединены соответственно через ключ с вторым выходом генератора модулирующего напряжения и вторым i входом фазового детектора, а коммутатор Лазы на 180 выполнен в виде пяти двухвходовых логических элементов И-НЕ, причем два входа первого элемента и один вход четвертого подключены к одному входу коммутатора, два входа третьего элемента и один вход второго подключены к другому входу коммутатора, другой вход второго элемента соединен с выходом 00 первого, другой вход четвертого элесю мента соединен с выходом третьего, . входы пятого элемента соединены соответственно с выходом второго и четю вертого элементов, а выход пятого элемента подключен к выходу коммутатора фазы.

:§

1

r

Na

9

-

Ч tr