Способ стабилизации частоты излучения лазера по резонансу насыщенного поглощения и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК H01S3/136 

f частота сигнала на первых взсодак обоих сннтезаторов, Гц| F - частота сигнала на вторых входах обоихсинтезаторов ©спаби-гель с коэффициентом оклабления . (.Г ГТ-у fи , .при этом первые вкоддг синтезаторов частот соединены с вьж 29 дом фазовращателя, вторые вкоды - с вьшодом генератора опорного/сигнала выход первого синтезатора через ослабитепь соедга ен с первым входом сумматора, вькод второго синтезатора соединен с вторым входом сумматора, первый вход смесителя соединен с выходом фотоприемника, второй вход - с выходом сумматора, выход смесителя соединен с входом селективного усилиталя.

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 мощное- ти 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;

Изобретение, относится к кванто-вой электронике, точнее - частотностабнлизированным лазерам н М07яет быть использовано при создании квантовык стандартов частоты.

Целью изобретения является повьшшнйе воспроизводимости частоты излучения лазера. . .

В продлагаеном способе стабнпиза« дни частоты излучения лазера по peso кансу насыщенного поглощения одновреиенно определяют значения,/амплитуд сигналов двух вьющих нечетньгл: гар- МОНИК колебан1й мощности излу хения лазераJ складывают эти значения в сле следующем соотношенииг

K-h +й; (н)

K-h

(.fi 5.4-1 -f}

А + 11

где ks п номера указанньш тармоник. А«, А амплитуды сигналов э-1Ш гармоник 5

V отношение ширины резоная са насыщенного поглощения на половике его высоты Jt ширине полосы модуляцг-ш частоты излучения лаз1ера

н осуществляют подстройку частоты из.йучения по центральному нулю похсученнего Суммарного сигнала.

В частностиJ в предлагаемом спосс бе для подстройки.частоты выбирают третью и пятую гармоншси,

На чертезке приведена блок-схема устройства для стабилизации частоты излучения лазера о

Устройство соде)жит лазерный, резонатор Is одно зеркало 2 которого укреплено на пьеяокорректор е 3,

а второе зеркало 4 - на пьезомодуля торе 5, с размещенньач в лазерном ре.. зонаторе 1 активным элементом б н I поглощающей ячейкой 7, генератор 8 ;сигнала модуляции, соединенный с льезомодулятором 5s генератор 9 опорного сигнала, фазовращатель 10, вход которого соединен с выходом генерато . ра 8,, фотоприенник II, оптически сяя- 0;занный с резонатором I, селектив 1ный усилитель 1 2, синхронный детекТор fSj першый вход которого соединен с выходом селективного усилителя 12, а второй вход - с вьгкодом генератоS ра 9, усилитель 1Д постойнного тока, вкод которого соединен с выходом сг-шхронного детектора 13, а выход .с° пъезокорректором 3. Устройство так :Же содержит нелинейн.ый смеситель 15 ОригналоВа вход которого соединен с- ввЕходом фотоприемника 11 , а - с входом усилителя 12, дза синтезатора i6 и. 17 частот с функциями F и F преобразования соот5 ветственно, причем в конкретном слу чае выбора третьей и пятой гармоник F, (f, F) ..З.Е + F,

ч

F) 5f -J- F,

F (f i

2

где f,

частота сигнала на выходе

первого синтезатора 16j Гц| fj - частота сигнала на выходе второго синтезатора 17, Гц; f частота сигнала на первых

входах синтезаторов 165

входах синтезаторов I6. 17, Гц,

при этом первые входы синтезаторов 16 и 17 соединены с выходом фазовращателя 10, а вторые входы - с выходом генератора 9, и сумматор 18, выход которого соединен с вторым входом смесителя 15, первый вход соединен через ослабитёль 19 с выходом синтезатора 16 частот, а второй вход - с выходом синтезатора 17. Селективный усилитель 12 настроен на частоту генератора 9 опорного сигнала.

Предлагаемый способ реализуют с помощью предлагаемого устройства еле дующим образом.

В резонаторе возбуждается генерация индуцированного излучения, взаимодействующего с поглощаквдей средой в ячейке 7. В окрестности центра линии поглощения образуется резонанс насыщенного поглощения. Сигнал генератора 8 через пьезомодулятор 5 модулирует частоту излучения по синусоидальному закону. При этом возникают колебания мощности излучения, обогащенные высшими гармониками, амплитудь гармоник зависят от частоты излучения.

Сигнал генератора 8 частотой f, сдвинутый по фазе в фазовращателе 10 для компенсации сдвига фазы в усилителе 12, и сигнал генератора 9 частотой F преобразуются в синтезаторах 16 и 17 в сигналы с частотьми 3f + F и 5f + F соответственно. Первый из полученных сигналов ослабляется ослабителем 19, затем сигналы складываются сумматором 18.

Колебания мощности излучения преобразуются фотоприемником 11 в электрический сигнал. Смеситель 15 осуществляет аналоговое перемножение этого сшнала с сигналом, поступающим на второй вход смесителя 15 с сумматора 18. Из сложного сигнала, действующего на выходе смесителя 15, селективный усилитель 12 выделяет и усиливает сигнал на частоте F, попадающий в полосу его пропускания. Синхронный детектор 13 вырабатывает мед-i лённо меняющееся напряжение, пропорциональное амплитуде сигнала, посту.пивщего на его первый вход с усилителя 12, и косинусу разности фаз этого сигнала и опорного сигнала, поступившего на второй вход с генератора 9. Этонапряжение усиливается усилителем 14 постоянного тока и с его

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

Козффициеит ослабления ослабителя 19 устанавливают равным

( I-fY ,

где - отношение щирины резонанса

насыщенного поглощения на половине его высоты к щирине полосы модуляции частоты излучения лазера.

Амплитуды сигналов с выходов синтезаторов 16, 17 равны. На выходе сумматора 18 образуется смесь сигнапов на частотах 3f + F и 5f + F с калиброванным отношением их амплитуд. Это отношение может устанавливаться с высокой точностью, например с- погрешностью не хуже Ю . Сигналы на входах смесителя 15 можно представить как суммы спектральных составляющих, тогда сигнал на его выходе после аналогового перемножения входных сигналов будет иметь вид

U(t) {V Ajcos (3-2rr-ft) -If AgCoa (52If ft) + U(t)

«cos (3f+F; 2П (5f+F) 2Trt) -|- ( Aj) C03 2TTFt -t-Ug(t),

где U(t) - выходной сигнал, E;

V - коэффициент передачи смесителя и фотоприемника,

В/мкВт;

с(/у+1--г

-Т)

- коэффициент ослабления

и, (t),.

и (t) - составляющие сигналов, не попадающие в полосу пропускания усилителя 12, В,

Таким образом, в смесителе 15 осуществляется сложение амплитуд третьей и пятой гармоник, сопровождающееся также переносом их частот на частоту F опорного сигнала. При этом вклады гармоник в суммарный сигнал калиброваны и поддерживаются с высокой точностью. В результате обеспечивается получение. су {марного сигнала, центральный нуль которого совпадает с цeнтpo d линии поглощения. I об)аэом, предло еиное техiiiWeCKOe решение позволяет обегпеЧи ь совпадение частоты излучении с Йбфинньм центром асимметрично депучения стабилизированного лазера. 1266429 , 4 i формированного резонанса йасмЦёнйогд поглощения и тем самым повысить вдс;производимость м точность частоты яэ