Устройство для воспроизведения длин волн и частот в оптическом и радиодиапазонах Советский патент 1985 года по МПК H01S3/13 

Изобретение .относится к измерительной технике и может быть исполь зовано в спектроскопии и метрологии в качестве единого эталона длины и частоты. Известно устройство для воспроиз ведения длин волн и частот, представляющее собой стабилизированный по частоте лазер с поглощающей ячей кой внутри резонатора, например COj лазер, стабилизированный по поглощению в ОуО Щ . Устройство воспроизводит длину волны и частоту в оптическом диапазоне с относительной погрешностью 10-1 Наиболее близко к изобретению (.устройство для воспроизведения длин волн и частот в оптическом и радиодиапазонах, содержащее лазер, включ ющий установленные в резонатор с зеркалами, одно из которых соединен с системой автоподстройки частоты, активный элемент и поглощакцую ячей ку с рабочим веществом, а также резонатор мазера, соединенный с цепью синтеза, в состав которой входят по ледовательно соединенные смеситель частот,, усилитель промежуточной частоты, фазрвьй детектор, кварцевы генератор и умножитель частоты, при чем выход кварцевого генератора сое динен с вторым входом фазового дете JTopa, а выход умножителя частоты соединен с вторым входбм смесителя частот 2j. , , , Данное устройство состоит из маз ров, работаюпрпс в радиодиапазоне, стабилизированных по частоте лазеро оптического и субмиллиметрового диа пазонов, цепей синтеза частот,- Устройство является многоступенчатым, в каждой ступени происходит преобра зование частот определенного диапазона. Так осзпцествляется повышение :частоты от- радиодиапазона до оптического. Недостатками этих устройств является недостаточно высокая воспроизВодимость частоты и сложность. Цель изобретения - повьшение воспроизводимости частоты. Указанная цель достигается тем, что в устройстве воспроизведения длин волн и частот в оптическом и :радиодиапазонах, содержащем лазер, включающий установленные в резонатор I с зеркалами, одно из которых соединено с системой автоподстройки частоты, активный элемент и поглощающую ячейку с рабочим веществом, а также резонатор мазера, соединенньш с цепью синтеза, в состав которой входят последовательно соединенные смеситель частот, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, кварцевый генератор и умножитель частоты, причем выход кварцевого генератора соединен с вторым входом фазового детектора, а выход умножителя частоты соединен с вторым входом смесителя частот, поглощающая ячейка лазера и резонатор мазера совмещены, при этом нижний и верхний рабочие энергетические уровни рабочего вещества поглощакмдей ячейки совпадают снижним и соответственно с верхни энергетическими уровнями материала активного элемента лазера, а внутренний торец резонатора мазера совмещен с зеркалом резонатора 1лазера. На чертеже изображена структурна схема устройства. Устройство состоит из лазера 1, резонатор которого образован зеркалами 2 и 3, внутри резонртора размещен активный элемент 4 и резонатор мазера 5 с оптическим окном 6, зеркала 7, системы автрподстройки частоты (АПЧ) 8, пьезокорректора 9, на котором размещено зеркало 2, цепи синтеза 10, содержащей смеситель частоты 11, усилитель промежуточной частоты 12, фазового детектора 13, кварцевого генератора 14 и умножителя частоты 15, Устройство работает следующим образом. Энергия поглощающего перехода мазера равна энергии рабочего перехода лазера. Поэтому излучение лазера 1 осуществляет оптическую накачку мазера. Излучение мазера-поступает в цепь синтеза 10, где смешивается с гармоникой частоты кварцевого генератора 14, поступающей из ум ножителя частоты 15 на смеситель частоты 11. Промежуточная частота усиливается в усилителе 12 и поступает на вход фазового детектора 13, на другой вход которого поступает сигнал кварцевого генератора 14, Сигнад с выхода фазового детектора 13 исольз гется; для коррекции частоты кварцевого генератора 14.

Частота излучэния лазера привязана к пику поглощения в среде, помещенной в резонаторе мазера 5. В слу- чае изменения частоты лазера вследствие различных возмущений излучение лазера, отразившись от зеркала 7, поступает в систему АПЧ 8, которая вырабатывает сигнал, постзшакяций на пьезокорректор 9, .вследствие чего значение частоты излучения лазера восстанавливается. Кроме того, частоты лазера и мазера синхронизованы, так как лазер осуществляет оптическую накачку мазера, а рабочая среда мазера является поглощающей средой лазера, т.е. резонатор мазера, и поглощающая ячейка лазера совмещены Для осуществления оптической связи лазера и мазера использу- ется оптическое окно 6. Внутренний

10945444

торец резонатора мазера служит зеркалом 3 резонатора лазера.

Устройству может быть реализовано на основе COj-лазера с длиной 5 волны 9,4 мкм и мазера на CHjBr, излучающего на частотах 575 и 486 МГц.

Таким образом,устройство осущест-j вляет одновременно генерацию йзлучения в оптическом, СВЧ7 и радиодиапазонах. Это позволяет по сравлению с лучшим из известных .уст--. . ройств в рамках одного устройства одновременно воспроизводить значения синхронизированных длин волн.и частот в оптическом и радиодиапазбнах с высокой Степенью воспроизводимости и надежностью системы за счет исключения нескольких ступеней синтеза.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ДЛИН ВОЛН И ЧАСТОТ В ОПТИЧЕСКОМ И РАДИОДИАПАЗОНАХ, содержащее лазер, включающий установленные в резонатър с зеркалами, одно из ко- ; торых соединено с системой автоподстройки частоты, активный элемент ; и поглрщакядую ячейку с рабочим ве- I ществом, а также резонатор лазера, соединенный с цепыо синтеза, в состав которой входят последовательно соединеншле смеситель частот, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, квардевый генератор и умножите 1ь частоты, причем выход кварцевого генератора соединен с вторым входом фазового детектора, а выход умнозкителя частоты соединен с вторым входом смесителя частот, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что, с цельк повышения воспроизводимости частоты, поглощакидзя ячейка лазера и резонатор мазера совмещены, при этом нижний и верхний рабочие энергетические уровни рабочего вещества поглощающей ячейки совпадают с щис.ним и соответственио верхним энер(Л гетическими уровнями материала ак- . с тивного элемента лазера; а внутрен:йий торец резонатора мазера совме;щен с зеркалом резонатора лазера. о 4 :л liii