Способ стабилизации частоты лазерного излучения и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК H01S3/136 

подключен к частотному модулятору-корректору, генератор сканирующего напряжения подключен через второй ключ к частотному модулятору-корректору и

к одному из входов индикатора, а другой вход индикатора подключен к выходу первого фазового компаратора.

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

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для стабилизации частоты лазеров в частности газовых лазеров видимого и инфракрасного диапазонов. Целью изобретения является повышекие долговременной стабильности частоты лазерного излучения. Данный способ производят следующим образом. Модулируют лазерное излучение по частоте, периодически меняя длину резонатора лазера относительно его среднего положения, пропускают сформированное лазерное излзгчение через резонансно-поглощающую среду, регистрируют сигнал приращения мощности излучения, измеряют максимальную и минимальную величины сигнала приращения, определяют глубину паразитной амплитудной модуляции лазерного излучения, модулируют лазерное излучение по амплитуде с глубиной моду ляции в 4-6 раз большей глубины пар зитной амплитудной модуляции лазерного излучения, симметрируют величину приращения мощности лазерного изл чения в зависимости от частоты в полосе резонанса резонансно-поглощающей среды введением временного запаздьшания периодического изменения дпйнырезо натора лазера, т.е. изменяя фазу частотной модуляции, подавляют ампли тудную модуляцию в сигнале приращения мощности, измеряют смещение част ты лазерного излучения от вершины ре зонанса резонансно-поглощающей среды, устанавливают частоту лазерного излучения на веришну резонанса резонансно-поглощающей среды измене- нием длины резонатора. Для осуществления способа предложено устройство, схема которого показана на чертеже. Устройство содержит лазер 1, частотный модулятор-кор ректор 2, амплитудный модулятор 3 лазерного излучения, линзы 4, генера тор модулирующего напряжения 5f первый лтветвитель 6, резонансно-поглощающую ячейку 7, глухое зеркало 8, первый фазовый компаратор 9, первый фотоприемник 10 первьй усилитель 11, второй ответвитель 12, второй фотоприемник 13, второй усилитель 14, второй фазовый компаратор 15, второй фазовращатель 16, первый фазовращатель 17, второй ключ 18, генератор синусоидального напряжения 19, индикатор 20, первый ключ 21, переключатель 22. Устройство работает следунщим образом. Второй ключ 18 включен, переключатель 22 выключен, первый ключ 21 находится в верхнем положении При зтом на экране индикатора 20 регистрируют сигнал приращения мопщости лазерного излучения в зависимости от частоты в полосе резонанса резонансно-поглощающей среды, измеряют максимальную и минимальную величины сигна- . ла приращения. В зависимости от времени t величина сигнала меняется из-за паразитной амплитудной модуляции (ПАИ), что приводит к нестабильности частоты. Глубина ПАМ равна LAI- All in s ..f.. . °пйм 4S I K,K4 где S - чувствительность первого фотоприемника; I - мощность излучения лазера, попадающая на первый фотоприемник;К - коэффициент передачи первого усилителя; К - коэф циент передачи первого фазового компаратора; . А,- мшссимальная величина; АЯ- минимальная величина сигнала. Зная глубину ПАМ Пд.ц применяют дополнительную амплитудную модуляцию (ДАМ) с глубиной модуляции гадд./(46) X 1п„д. Дальнейшее увеличение глубины Д Шддд нежелательно из-за возникающих искажений в фазовом компараторе 9, перегрева амплитудного модулятора 3. .Первый ключ 21 устанавливают в нижнее положение и фазовращателем 17 вводят временное запаздывание пер одического изменения длины лазерного -резонатора до устранения асимметг рии приращения мощности лазерного излучения в зависимости от частоты в полосе резонанса резонансно-поглощаннцей среды, т.е. изменяя фазу частотной модуляции, подавляют Bco.aMnjn тудную модуляцию. Далее выключают второй ключ 18, включают переключатель 22, в результате чего измеряют смещение частоты лазерного излучения, определяя величину и знак сиг .нала приращения мо(ности лазерного излучения в зависимости от частоты в полосе резонанса резонансно-пог.лощающей среды, и устанавливают ее на вершину резонанса резонансно-поглощающей среды посредством системы автоподстройки частоты (АПЧ), состоя щей из первых фотоприемника 10, усил теля 11, фазового компаратора 9 и частотного модулятора-корректора 2, при этом фазу сигнала амплитудной мо- дуляции 1 автоматически поддерживают в квадратуре с опорным напряжением фазового компаратора 9 системой 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 ПАМ ограничивает долговременную нестабильность частоты на уровне 10 . В данном решении происходит устранение влияния ПАИ и долговременна я нестабильность частоты достигает уровня 10 .