Способ стабилизации частоты излучения двухмодового лазера Советский патент 1992 года по МПК H01S3/13 

СО 1

Изобретение оч посгп ся к области Кознтозой электроники н ; Юлгет быть нсоользовяно пр:-5 стаб -шизироваиньга: лазеров с внуг-ргк- г-гнми э ерк алеми,

Ц:2-ггью кэобреп йнип являе с/; шемие долгозрекенной стабгтиГ1ЬЗ-1ОСтк к В осггроизйоднмостп цяс.гить} т -ту-ге уку nassps..

На фкг с 1 предсуяцленс 5пгоры налов i действугжлв е в устройстве при аго работе; на фмг% 2 показана схй- & устройства р рйэляэукж его жгкнй й способ,

yiirpoftcTBo, реализунщза гфедло- яеккьй способ,, содар;: т газоразряг- is-yw трубгсу 1 с вну-реккиг ьеркяла- мя,, на бокспой понерхности которой рйспопонак яагревательикй элемент j ггзляр1ьС адионнук rip iSHj 3,, сптическк cyjjsawsasuiiiyjs трубку I с фотоггряемкм™- и и 5, дифферанякальяте усилизьп одяки фогоприемга1Ков 4 и 5,, а зы- код подключен к последовательно сое- днкенкь И селективкоЕ у усилителю 7 .скюфонному детектору 3 к усклиталго koiCiHocTH 9,. соединенно.гу с нагреза™ тальньш: злементом 2 газоразр ;днай трубки I ; и Которой уетаисв.и2 со- ленокд 10,; Сосшккаггкый : дсзлителел; Частоты 1 U вход ко/горог-о утяраллзль- но со вторым чу ояс;-; синхронного де- 3 сое,ц1г5нгн с зыходок опоппо- го генератора 12.

Сгюсоб стаби,дн5311 {и часготь излу- Чйняк дву:;;модоЕогс лазяой осугцйстй-- яяется. сле,цу}ощ1 образом.

Из опорного сигяалз 13 (ск,фиг„ ; (ьюрмкруют изгнал 14,j , -Я1й:ц ;:й MiJi HjiTHijj -i полги, чксто г а КОТОРОХС; з два раза меиъше чйстотк спсфнсго скг -зала Нах -итное пол, f.iy сигнала 5, прикладывается к с К тивной среде гйзораэрадной v н КЕмекяет степень связи мегуэ/у модаMJ-г иэл /ченкя. благодаря упи-;р;::;ч,;дш линии yci-шения за счат зэв tt;;кo C oгo эффекта f П0сколь ;у моды нзлу.еннк конкурируют между собск,. поэьшениз степени связи мггду модаг са .з мо Неиг налокания поля приводит к позытекиго мощности более еилькой модь:; и yt-seHb- шению мощности более слабой коды .3 результате этого зозникйет олгнвл мод излучения IS;, которМ вкеет одну фазу по отношакиш к опоряокгу сигналу 13 при Р„ PC, О и ГиЗОТИВОПО

.3

ложную фяэу при - Р, 4; Oj где Р,. Рц - могдностн излучения вертнкаль- Jio я горизонтально поляризованных иод соответствекпо, Если мощности

г,:;-гогок;1яь го тн / кризованных мод оди- :йко;.: ц - Р|. О,, то сигнал мод -лучения нулевое значение, - ученный СКГН1Ш 15 сравнивают с -. сигналом 13,, к результируяг- рпчй ; ;мsл ссответствин с амплитудой : фазой сигнала 15 используют для упг часгстой. излучения V гутен из-шнапия оптической длимы резонатора и в таком направлении, - .тобы МОЩ1-ЮСТН ортоюналько поляри- г оваиньж мцП были рзвными. т.е чтоГ-. 1 (р . - р i .ь П

# li

ПоБышение долгозрймеиксй стабиль- йостк и воспрокзЕодимостк частоты

йЗ гуЧеиИЛ S ДЕКНОК СПОСОбв ДОСТИГЗ TCHj ьо--перзыя,, исключением влияния ,|;фейфа козффицкантон преобразований J:0 i KocTH кзлучеккл в разностный сигнал, поскольку этот сигнал определл- йтся лишь соотношанкем мощностей мод при наложении магнитного поля во- иторьяс, прагчтичаски полкъ1к отсутстви- .к МПЗ опок во входные цепи фотопрк™

хоз ка опорков частоте,

.гго с КОЛЬКУ модуляции; осу:о;естй1шется на час- зге. в дка рй:-а г,5 нькей частоть опорного сигнала,; и ,л«гко отфильтро- 3a-s.TCR сел актив Kbif.i усш1}5телеМо

Ес,лк ufi CTo i a ПОЛИ будет равна -.с гота опоркох о сигнала, то резко У1 ЧЛ 1Чйтся каводкч во вхозньк цепях t:.-1 ог п; -гккикоВ; JTO укудкскт стабиль- ;:Ог:ть и ;3осп ;пг-;з зодкмость частоты 1;йлучеии;ч

Излу ди Ее ii якде двух эртого- i 1ль;ю поляризованных код„ генернруе ;оп газоразрядной трубкой 1 „ разде- . на соотва-г СТБудахдае поляризации 1;н5,гяризацис,нной призмой 3, поступает - ;;ютопрнгнник« 4 к 5« Воэгшкаюпие и ;оглтоки.. оь --штаясь друг из друга ., днффереггяу злыток усилит(гле 6 об п:-эу ог сигнал мод излучения 15. На (::jiivio с;-гду гззоразрядной 1рубки ; с помощь соленоида 10 яакладьша- :.--- C-:i перемениое наг ннтное поле, форма -:о : орого соответствуат сигналу 14 nonyMaeMObfy из опорного сигнала 13 1. ПС/мощью делителя частот - 11„ Сигнал Ki Создается опорным генератором 12, Прикладываемое к среде г,з Юраэрядкой магнитное полк5 как показано Еьше, призодит к образованию сигнала

.3

мел излучения 13, фаза которого зависит от знака разности мощн остей мод излучения (р.. - Pj). Этот сигнал усиливается селективным усилителем 7 и после синхронного детектирования в детекторе 3 пост -пает через усилитель мощности 9 на нагревательный элемент 2, меняя температуру газоразрядной трубки 1 подстраивая тем самым ее оптическую длину и частоту излучения в направлении равенства мощностей мод излучения.

Выделение разностного сигнала 15 возможно и при использовании поляризационной призмы 3. Хотя при этом не.-колько снижается отношение сигнал шум, но упрощается конструкция прибора.

Показанньй на эпюре сигнал 14 может иметь и синусоидальную форму, что проще осуществить на практике по форме в виде знакопеременньк импульсов со скважностью, равной двум. Это улучшает отношение сигнал/шум и делает устройство более экономичным. Поэтому использование такой формы сигнала 14 является более приемлемым

Накладываемое магнитное поле может быть как продольным, так и попе речным. С продольным полем приборы получаются более компактные, и его Использование предпочтительнее.

Наложение магнитного поля с частотой, в два раза меньшей частоты опорного сигнала, исключает влияние коэффициентов пропускания оптических элементов для различных мод на сдвиги частоты благодаря тому, что поле действует одновременно на обе моды и полезный сигнал по.является лишь тогда, когда интенсивности мод не равны между собой. В этом случае изменение коэффициентов пропускания оптических элементов и изменение интенсивности сигналов на фотоприемниках не приводит к сдвигам частоты, поскольку система воспринимает переменный сигнал на опорной частоте, зависящий лишь от cooтнoDJeния ин- тенсивностей мод.

Предложенным способом проводилась стабилиза1Ц я частоты лазера на основе газоразрядной, трубки с внутренними зеркалами прибора ЛГН-208А. Эта газоразрядная трубка работала в режиме двух ортогонально поляризованных мод с частотным разносом около 640 МГц. Подстройка оптической час4 .

ии

л/

. . м.

х , ьа20

SA V,

тоты осущ( ств.1ялпсь с. нагро- вательяог о : лемента Б риле ленты v: coпpaт fплeниeм 5 Ом. Газоразря;и ая трубка помеи1алйС1, в однослсйнья соленоид, состоящий нз 200 витков вода Г1ЭВ-2 дилметрим 0,6 мм. Ток п импульсе составлял около 1 А. При этом напряженность поля составляла

р около 1000 А/к, частота поля составляла 110 Гц, частота опорного сигнала - 220 Гц.

Такое поле не вызывало зееманов- ского расщепления выходного излуче g ння из-за малой величины, но достаточно эффективно модулировало мощность излучения ортогонально поляризованных мод. При расстройке мод порядка 100 МГц величина модуляции составила около 5% от максимальной мощности, что обеспечило отношение сигнал/шум порядка 100 при полосе пропускания селективного усилителя около 60 Гц, Это позволило получить

25 долгоБременкую относительную нестабильность частоты порядка 1-10 за 8 ч работы, относительную погрешность воспронзведения частоты н.ч

л

уровне 510 от вг.лючения к включе- 2Q нию при разбросе начальньк Tei-mepa- тур на ±5°С.

Предложенный способ можгт бмть применен при создании частотно-стабилизированных лазеров с виутре;нник5-1 зеркалами. Параметры долгоБременнон стабильности и воспроизводимости ЧЕС- тоты излучения таких лазеров приближаются по своим значениям к лазеро:- стабилизированным по внутренним нелинейно поглощающим ячейкам, напол- 50 (17,

ненным Jj, но По конструкции лазеры, стабилизированные данным способом, намного проще, дешевле и надежнее. Такие лазеры могут быть использованы в качестве образцовых средств измерений длины волны излучения, а также и в качестве рабочих средств в измерительных комплексах, используемых в машиностроении.

50 Формула изобретения

Способ стабилизации частоты излучения двухмодового лазера, включающий модуляцию излучения, вьщеление разностного сигнала мощностей мод из- лу ениЯ; сравнение его с опорным сигналом и управление результирутощим сигналом оптической длиной резонатора, отличающийся тем,

45

5I/./,5 Л 9/16

что, с целью поьышения долговременной активную среду лазера переменного стабильности и воспроизводимостимагнитного поля, частота которого в

частоты излученияр модуля10- ю излуче-дйа раза меньше частоты опорного сиг

НИИ осуществляют путем изложений на нала,

Изобретение относится к области квантовой электпслики, а именно к двухмодовым частотно-стабилизированным Лазерам с внутренними зеркалами. Цель изобретения - повышение долговреьгенной стабильности и воспроизводимости частоты излучения ля- зера. Способ стабилизации частоты излучения двухмодового лазера осуществляется наложением на активную среду магнитного поля с частотой, в два раза меньшей частоты опорного сигнала. Это исключает влияние коэффициентов пропускания оптических элементов для различных мод на сдвнг частоты излучения. Способ также позволяет избежать наводок во входных цепях на частоте опорного сигнала, так как модуляция осуществляется на частоте, в два раза меньшей, и -пегко отфильтровывается системой автопод- стро лки частоты. 2 ил. и I I

экгнете жвяашйй

I 1Я;жзЕй5:з;;Е Е-™ - Вю.

gfSCTBfraaBajiifefflHMft

J

:saeagaagg ca.,.«,.,....agEgs ja ,, .д