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

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке частотно стабилизированных лазеров.

Целью изобретения является повы-, шение стабильности частоты излучений лазера

На фиг.I показана схема устройства для стабилизации частоты изл чения лазера по предлагаемому способу; на фиг.2 - график изменения напряженное™ ти магнитного поля, накладываемого на активную среду лазера в зависимости от времени; на фиг.З - график зависимости разностной частоты расстройки резонатора для трех значений магнитного поля.

Устройство дли реализации способа стабилизации частоты излучения лазера содержит активиь1й элемент I с фазо- аяизотропным резонатором, помещенный в магнит 2, создающий поперечное маг- интное поле и электромагнит 3, создающий переменное магнитное поле.С ак- ТИВЮЛ1 элементом ontuqecKH связан фо- топриемюос 4. Фртоприемник соединен с 4acTOTtBiiM-детектором 5, содержащим фазовый детектор 6, фильтр низкой частоты 7 а генератор 8, управляемый током. Частотяь детектор 5 соединен с сияхроквым детектором 9 корректи- рукяцнм заекрм 10 и усилителем мощности 11 Устройство предварительной установки 12 предназначено Для устаt, I.JI V

нппки пачальяого значения длины резонатора. Грнератор низкой частоты 13 соединен с электромагнитом 3 (дл создания переменного магнитного поля и с опорным входом синхронного детектора.

Способ стабилизации частоты заключается в следующемо

На активгую среду, помёщеннута в фазоанизотролный резонатор, накладывают поперечное магнитное поле, создаваемое магнитом 2, величина которого равна или более - минимальной напряженности магнитного поля, обеспечивающей двухчастотный режим с ортогональными поляризациями лазерного излучения„

Кроме того, электромагнитом 3 создается переменное магнитное поле, амплитуда которого Н «i Н - Н, (см. фиг, 2).

Зависимость разностной частоты от расстройки резонатора, снятая экспе- (зиментапьно, показана на фиг. 3 при |эаг личньгх магнитных полях (Н) или |зазли-чных токах (I), При возрастании ijarHHTHoro поля или разрядного тока зменяется разностная частота. Если 5азностная частота f больше центральной разностной частоты 1 , т.е, -fp fp(,.s ТО В области 4 по мере удаления от точки fp , соответ- ктвуккцей нулевой-расстройке; увеличивается значение разностной частоты в области 15 по мере удаления от точки, соответствующей нулевой , Гасстройке резонатора ц разностной частоте, равной f , значение раз- яостной частоты уменьшается (см, фиг.З), Так происходит девиация час- тогы которая в центре контура имеет Иннимум,- С выхода активного элемента с фазоанизотропным резонатором лазерное излучение,, содержащее разностную, частоту fp, модулированную по частоте с помощью низкочастотного генератора 13, подключенного к электромагниту 3, создающим пульсирующее поперечное магнитное поле, направляется на фотоприемкик 4, где преобразуется в электрический сигнал. Уси- лент в усилителе сигнал направляется в частотя 1й детектор 5, вы- йояненяый а виде, когерентного детек- П9ра с фазовой автоподстройкой часто- пл (фАПЧ) После захвата разйос тиой частоты в частотяом детекторе гене- pjiTop, управляе1«сй током 8 частотно )

52421 S

го детектора 5, устанавливается на частоте fp, а на выходе филыра низкой частоты 7 выделяется модулирую- g щий разностную частоту переменный низкочастотный сигнал, амплитуда и фаза которого зависят от положения установленной предварительно длины резонатора относительно нулевой рас- 10 стройки резонатора. Далее этот низкочастотный сигнал поступает на син- хроиньш детектор 9, к другому входу которого подключен генератор низкой частоты 13, одновременно модулирую- 15 щий поперечное магнитное поле.

На выходе синхронного детектора после корректирующего звена 10 выделяется cHrHBjT рассогласования, п ро- пори;иональный расстройке резонатора, 20 полярнос хъ которого соответствует положенгю расстройки. После усиления в усилитея) мопуюсти 11 этот сигнал рассогласования поступает на управляющий длиной резонатора элемент 14. 2Ь Управляющий элемент подключен так, что увел1г енис амплитуды сигнала рассогласования вызьгаает увеличение или уменьшение дли1{Ы резонатора при соответственно положительной или отрицательной полярности сигнала рассогласования,,

Таким образом, благодаря получению частотномодулированного сигнала разностной частоты и подстройке длины 35 резонатора к девиации разностной частоты, соответствующему центру контура усиления, повьппается стабильность частоты лазерного излучения.

40 Способ независим от стабильности опорного генератора, сигнал с которого изменяется во времени. Получить высокую стабильность частоты опорного генератора достаточно сложно, тог- 45 да как контур линии усиления является естественным репером и не зависит от внешних воздействий,

Пример, Проводят стабилизацию частоты излучения лазера длиной 50 23,5 см с фазоанизотропным резонатором по сигналу разностной частоты, &С дулируемому наложением переменного магнитного поля напряженностью 300 Э 1К)стоянного и 60 Э переменного. Сис- 55 тема автоподстройки частоты (АПЧ) содержит фотоприемник ФД-263, частот- иый и синхронный детекторы, собранные на микросхемах ф.Харрис, управляюгд(ш элемент - спираль, намотанн то ия ак30

тнвньгЛ элемент, усил11тель мощиос.тн с. мощным транзистором КТ-827. Способом оптического гетеродиняровання проведены измерения нестаб1шы1ости оптической частоты, в качестве опорного лазера используют частотно-стабилн- зиропанный лагзер с нестабильностью частоты , Полученная нестабильность частоты .

TaKiiM образом, способ позволяет повысить стабильности частоты лазерного излучения не менее чем в 2 раза,

;

Кроме того, способ позволяет ус- танэвливйть длину волны лазерного из- аучения и даст возможность сконструировать АПЧ в виде монолитной интегральной микросхемы.

Формула и ч о б р « т е н и ч Способ стабилизации частоты ичлу- ченич лазера с фазоанизотропным резо- g натором, заключающийся в наложении на активную среду лазера поперечного магнитного поля, выделении сигнала разностной частоты между ортогональными поляризованными полнами с после

10 дующей подстройкой оптической длины резонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты излучения лазера, сиг- нап разностной Частоты модулируют на15 ложенйем на активную среду лазера по перечного переменного магнитного поля или пропусканием через активную среду пульсирумцего разрядного тока, а подстройку длины резонатора осуществляют до достижения м 1нимум а девиации сигнала разностной частоты.

20

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке частотно-стабилизированных лазеров. Цель изобретения - повышение стабильности частоты излучения лазера. Сигнал разностной частоты модулируют наложением на активную среду поперечного переменного магнитного поля или пропусканием пульсирующего разрядного тока. Полученный частотно-модулированный сигнал рассогласования используют для подстройки длины резонатора. Подстройка длины резонатора осуществляется по минимуму девиации сигнала разностной частоты, соответствующему центру контура усиления, который определяется свойствами активной среды и не зависит от частоты опорного генератора. Это повышает стабильность частоты излучения лазера. 3 ил.

Фиг.1

ffe

-- ffft

Фш.1