Измеритель степени когерентности излучения лазера Советский патент 1991 года по МПК G01J9/00 

Изобретение относится к кванто- вой физике и квантовой электронике, а также волоконной онтике и может быть использовано для измерения и ис- следования когерентных свойств излучения лазеров, излучения на выходе вoлoкoннo-oптичecк rк систем и в лазерных гетеродинных системах связи,

Целью изобретения является повьше- ние оперативности измерения степени когерентности за счет ocymecTBneHHi прямого измерения и повышение точности.

На чертеже представлена структур- ная схема измерителя степени когерентности лазера.

Измеритель содержит лазер 1, первый делитель 2 светового потока, мо .. „

дулятор 3 интенсивности, второй дели- тель k светового потока., устройст™ ва 5, 6 ввода, устройство 7 .. про- странственного .совмещения потоков, диафрагму 8, первый фотодетектор 9, узкополосный усилитель 10, вьтрями- тель 11, измеритель 12 отношений, второй фотодетектор 13, оптиче.ский аттенюатор 14, первый световод 15, второй световод 16, выпрямитель 17

Устройство работает следующим об- разом i. .. .

Излучение лазера 1 с. помощью пер вого пространственного делителя 2 , разделяется на два световых потока с интенсивностями 1 и 1, причем l,Ig;-I 2I. Поток 1 подается на модулятор 3 интенсивности., на которого интенсивность потока .изменя ется в соответств ш с выражением 1 21( l-f-mcosftt)., где m - коэффициент модуляции; О частота модуляции. Модулированный поток поступает на второй делитель А, на каждом выкоде которого интенсивность равна , ( 1+mcosnt). С помощью устройст 5 и б ввода потоки I, и 1 вводятся соответственно в световоды 55 и 16, . выходные потоки которых вводятся в еоотве1гствутощие входы устройства 7 пространственного совмещения. С вызсо да этого устройства сумма потоков подается на диафрагму 8, щель кото рой равна или меньше ширины интерференционного кольца или полосы, которые образуются вследствие интерферен ции потоков I и I3. Необходимая для интерферен1щи разность оптического хода создается выбором разности длин световодов 15 и 16 или соответствую5

0

5

П

35 40 45 д gg

щим осевым смещением из выходных торцов -относительно цр угого. При этом длина световодов выбирается ми- нимальной - приблизительно 0,3-1,0 м и определяется с одной стороны мини- мальньгми искажениями когерентности проходящего через них излучения, с другой - удобством работы, в том числе возможностью обработки торцов световодов . С точки зрения минимальных искажений когерентных свойств целесообразно световоды 15 и 16 выбирать одномодпвыми. с помощью юстировоч- ного механизма диафрагма 8 установлена т ак, чтобы ее щель располагалась прот1-ш темной интерференционной полосы. Проходящее излучение в темной полосе через щель диафрагмы 8 направляется на первый фотодетектор 9. Вы - деляющийся в efo нагрузке электрический сигнал поступает ка вход узкополосного усилителя 10, настроенного на удвоенную модулирующую частоту 257. Выходное напряжение усилителя 10 выпрямляется выпрямителем 1 и поступает на один вход измерителя 12 отношений. На efo другой вход поступает напряжение постоянного тока, вьщелен-. ное в нагрузке второго фотодетектора 13. На входе диафрагмы 8 образует- ся интерференционная картина в результате интерференции потоков.

В теМНЪм кольЦе или полосе при,модуляции одного из потоков с частотой Г2 и глубииой m кроме постоянной составляющей .и составлятощей, изменяющейся .с частотой Q, присутствует ; также составляю1цая, которая изменяется с удвоенной частотой 2S1. При уве- личении степени когерентности k, т.е при k-«-l, составляющая с частотой 2fJ: растет, а составляющая с частотой Г2 , падает. При составляющая с 2 И. достигает максимума, а с П становится равной нулю, Максимальная точность измерений достигается при т«, например при модуляции интенсивности ме- андром, что наиболее просто осуществляется механическим прерьгаателем или обтюратором.

Таким образом, составляющая сигнала ,. изменяющаяся с удвоенной частотой 2 И, и выделяющаяся в виде злект- рического сигнала в нагрузке первого фотодетектора 9 имеете с остальными составляющими,- ус5Шивается узкрполос- ным усилителем 10, настроенным на частоту 2И. Выходное напряжение этого усилителя пропорционально

8

10

15

)scos 2rrt, где К коэффициент усиления усилителя. После выпрямления на входе измерителя отношений напряжений будет напряжение постоянного тока,

Km k .. п ропорциональное 1,. Поступаюшкй на второй фотодетектор I3 оптический поток с интенсивностью I IQ {l+mcosilt) преобразуется этим фотодетектором и разделительным конденсатором в напряжение постоянного тока, пропорциональное тТд, Учитьтая с помощью аттенюатора 14 и электрического регулятора усиления в усилителе 10 множители 1/8 . и К и принимая sjl 5 в.измерителе отношений напряжений получаем сигнал, пропорциональный 20 m kle , л

величине ;;:--S:k, КОТОрЫЙ ИНДИЦИmlo

руется измерителем 12. Измеритель настраивается и калибруется с помопцзЮ эталонного газового одночастотного 25 азера, степень 1когерентности котор6 го близка к единице, При этом один раз устанавливается положение атте- нюатора 14 и регулятора усиления усиителя О и при измерении излучения ругих лазеров не изменяется. При остаточно высокой линейности характеристик фотодекторов и з силиталя,- а также измерителя отношений измеряемые ве;шчины могут быть измерень с необходимой точностью з течений долей оекундь5.

Ф ормула изобретений

Измеритель степени когерентности излучения лазера, содержащий первый проетранствен1и й делитель светового

30

10

15

20

25

42797

потока, первый выход которого оптически последовательно связан С ат- . тенюатором, перяь ; объективом ввода, первым световодом н первьгм входом устройства пространственного совмещения потоков, а второй выход делителя оптически последовательно связан с вторым объективом ввода, вторым световодом и в.торым входом устройства пространственного совмещения потоков, отличающий с я тем5 что, с целью повьппения оперативности измерения степени когерентносги за счет осуществления прямого измерения и повьппения точности, Б него введены модулятор интенсивности светового потока, вход которого оптически свя- за с вторым выходом первого пространственного делителя, второй простран- ственный делите.11ь, вход которого оптически связан с выходом модз/лятора, la первьй выход - с вторым объектнвоь |ввода, диафрагма с щелью, ширина ко- торой не превышает ширины интерферен- 1ционной полосы, оптически связанная с эыходом устройства совмещения потоков, первый фотодетектор, вход которого оптически связан с диафрагмой, |узкополоскый усилитель, вход которо- го соединен с выходом первого фотоде- ;тектора, первьй выпрямитель, вход ко- торого соединен с выходоь узкополосного усилителя, измеритель отношений, первый вход которого со здинен с выходом первого вьтряки-теля, второй фотодетектор, вход которого оппгчес- ки связан с зторьтм выходом второго . пространственного делителя а выход под1слючен через разделительньп конденсатор н второй вьтрямитель к зто- входу измерителя oTKOffiemrfi.

30

s.

Г 1 I 1

.яяа

Изобретение относится к квантовой физике и квантовой электронике и может быть использовано для измерения и исследования когерентных свойств излучения лазеров излучения на выходе волоконно-оптических систем и в лазер ных гетеродинных системах связи. Цель изобретения состоит в повьшении оперативности за счет прямого измерения степени когерентности кзпуче ннп и увеличении точности. Цель достигается тем, что луч разделяется в пространстве на два, после чего один из них модулируется по интенсивности, затем оба луча - модулированный и немодулированный - совмещаются в прост.ранстве. В Образующейся интерференционной картине в темных полосах (или в светлых) излучение содержит составляющую, интенсивность которой изменяется с удвоенной частотой модуля-, ции. Уровень составляющей пропорционален степени когерентности Цпя измерения мощности составляющей излучение темной полосы (кольца пропуска ется через диафрагму с щелью, ширина которой не превышает щирииу интерференционного кольца. Диафрагма расположена перед фотодетектором. Электрической сигнал, выделяемый в его на.грузке, усиливается узкогтолосным усилителем, настроенны на удвоенную . частоту модуляции. 1 тш. с е