Стабилизированный лазер Советский патент 1991 года по МПК H01S3/139 

00

м

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для стабилизации частоты излучения лазеров. Целью изобретения яв- nstfiTCH повышение надежности, а также стабильности частоты и быстродействия регулирования полосы удержания частоты. Стабилизированный лазер, содержардай оптически связанные активный элемент, поглощающую ячейку, зеркала, размещенные на пьезоэлементах, фотоприемник, предуснлитель и избирательный усили- ель с синхронным детектором, опорный генератор, фильтр, усилитель постоянного тока (УПТ), переключатель, генератор пилообразного напряжения и термодатчик с термобатареей, связанные со стабилизатором температуры, снабжен последовательно подключенным к выходу фильтра компаратором-распределителем, инвертором, интегратором, пыкл1-1чателем и сумматором. При этом комппратор- распределитель, инвертор, интегратор, вьпслючатель и сумматоры образуют устройство для расширения поЛосы удержания частоты. Последнее может также состоять из распределителя, устройства выборки и хранения, сумматора, вык почателя и концевого сумматора. 2 З.П.. , 2 ил. оА

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при стабилизации частоты излучения лазеров с поглощающими ячейками.

Целью изобретения является повышение надежности и стабильности час тоты, а также повышение быстродействия регулирования полосы удержания частоты.

На фиг.1 и 2 представлены варианты выполнения стабилизированного , лазера,

Стабилизированный лазер (фиг,1) состоит из оптически связяккых активного элемента 1, поглощающей ячейки 2, находящихся в резонаторе, образо-, ванном зеркалами 3 и 4, размещенными . на пьезоэлементах 5 и 5, и фбтопри- емника 7, электрически связанного с предусилителем 8, избирательного усилителя 9, опорного генератора 10, синхронного детектора 1i, вход которого связан с опорным генератором 10, а выход - с фильтром 12, подключепным к усилителю постоянного тока (УПТ) 13. Выход УПТ 13 электрически связан с пьезоэлементом 6. азер содержит также генератор пилообразного напряжения (ГПИ) 14, пе- рек1початель 15. Филь.тр 12 через последовательно соединенные компаратор-распределитель 16, инвертор 17, интегратор 18, выключатель 19 соединен с одним из входов сумматора 20, ругой вход которого соединен с ГПН 14, а выход - с переключателем

16,Отросток поглощающей ячейки 2 плотно прилегает к блоку 21 (термоатчик с термобатареей), связанному со стабилизатором 22 температуры.

Компаратор-распределитель, инвер- Top, интегратор, выключатель и сумма- op образуют устройство для расшире- ия полосы удержания частоты.

Стабилизированный лазер работает cлeдyюD им образом.

Излучение в резонаторе, обеспе- иваемое активным элементом 1, насыает поглощение в ячейке 2 с йодом. В результате на контуре мощности образуются пики, которые являются реперами для системы автоматической подстройки частоты (АГИ) Излучение через зеркала 3 и 4, закрепленные на пьезоэлементах 5 и 6, поступает ни выход и на фотоприемник 7, усиливается предусирителем 8.и избирательным усилителем 9. С опорного генератора 10 сигнал подается на пьезо- элеме нт 5, обеспечивающий девиацию частоты лазера, и на синхронный детектор 11, На второй вход которого подаётся сигнал с усилителя 9. С вы- хода синхроиного детектора 11 сигнал проходит фильтр 12.

Стабилизированный лазер может работать в двух режимах. Переключение их осуществляется переключателем

16,где сравнивается с сигналом

ГПН 14. При этом, компаратор пропускает на свой выход только напряже- . ние полотчителыюй полярности. Часть пиков, соответствующая отрицательной части пилообразного напряжения, распределяется на верхний канал, а часть пиков, соответствующая поло.- жительной части пилообразного напряжения, распределяется на нижний канал, в котором стоит инвертор 17, и сигналы обоих каналов складьгааются на входе интегратора 18 и после интегрирования через выключатель 19, который выключен в двух других ре-

5 жимах, сумматор 20 и переключатель 15 поступают на УПТ 13 и пьезоэлемент 6,

При симметричном положении пиков относительно нуля пилообразного напряжения выходное напряжение интегра0 тора 19 равно нулю, .что соответству- ev стабилизации частоты по центру тяжести группы пиков ,Прк отклонении центра тяжести пикон относительно нуля пилообразного напряжения напряже- ние на выходе интегратора I 9 отлично от нуля и управляет длиной пьезокор- ректора 6, возвращая частоту лазера к центру тяжести группы пиков.

0 Стабилизированный лазер (фиг.2) состоит из оптически связанных активного элемента 23, поглощающей, ячейки 24, находящихся в резонаторе, образованном зеркалами25 и 26, раз5 мещенньми на пьезозлементах 27 и 28 и фотоприемника 29, электрически связанного через предусилитель 30 и избирательный усилитель 31 с синхронным детектором 32, другой вход

0 которого связан с опорным генератором 33 системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) а выход - с фильтром 34, подключенным к УПТ 35 через переключатель 36. Выход УПТ 35

5 электрически связан с пьезозлемен- том 6. Фильтр 34 через последовательно соединенные формирователь 37, распределитель 38, устройство выборки и хранения (УВХ) 39, сумматор 40,

Q выключатель 41. Отросток поглощаю- . щей ячейки 24 плотно прилегает к блоку 42 (термодатч::к с термобатареей), связаннсь1у с стабилизатором температуры 43, С выключателем 41 связан

5 сумматор 44, К другому входу концевого сумматора 44 подключен ГПН 45. . Выход концевого сумматора 44 соединен с переключателем 36, ГПН 45 сое- также С стробирующим входом

распределителя 38 и информационным входом УВХ 39.

Устройство для расширения полосы удержания частоты состоит иа формирователя, распределителя, УВХ, сумматора, выключателя и концевого сумматора.

СтабилизированньШ лазер, выполненный по второму варианту работает аналогичным образом,

С выхода синхронного детектора 32 сигнал проходит фильтр ЗА и в режиме стабилизации поступает на формирователь 37. Напряжение с ГПН 45 в этом режиме через концевой сумматор 44 подается на у УПТ 35 и осуществляет периодическую развертку выбранной группы пиков. В момент прохождения частоты лазера через вершину пика напряжение на выходе синхронного детектора 32 обращается в О и формирователь 37 вырабатывает короткий импульс положительной полярности. Импульсы полоткительной полярности с вы- 25 ванными по поглощению в изотопах

хода формирователя 37 поступают на вход распределителя 38. Распределитель 38 направляет импульс от первого пика на управляющий вход УВХ 39 первого канала, от второго пика на управляющий вход УВХ 39 второго канала и т.д. В момент обратного хода ГПН 45 импульс положительной полярности возвращает распределитель 38 в исходное состояние.

В момент прихода управляющего импульса положительной полярности с выхода распределителя 38 УВХ 39 осуществляет выборку и запоминание присутствующего в этот момент на выходе ГПН 45 напряжения . Напряжение с выхода всех каналов УВХ 39 суммиру ются сумматором 40. Суммарное напряжение с выхода сумматора 40 через выключатель 41 поступает на сумматор 44 и после него на УПТ 35. При сим- .метричном расположении группы пиков относительно О пилообразного напряпостоянного тока через переключатель, При смещении группы пи- gg выход усилителя постоянного тока

жения напряжение на выходе сумматора 40 равно О

ков вправо или влево относительно Осоединен с пьезоэлементом, другой

пилообразного напряжения на выходепьезоэлемент соединен с вторым вы- .

сумматора 40 появляется напряжениеходом опорного генератора системы

положительной или отрицательной поляр-автоматической подстройки частоты, ности. Это напряжение, усиленное gg термодатчик с- термобатареей, вход и

УПТ 35, прикладывается к пьезоэлемён- выход которого соединены с выходом и.

ту 28 и корректирует частоту лазеравходом стабилизатора температуры со таким, образом, что группа пиков, поответственно, а также гкнератор пикоторой производится стабилизациялообразного напряжения, о т л и частота лазера,-вновь возвращается Р симметричное положение относительно О пилообразного иапряжения.-В режиме сканирования выключатель 41 размыкается и на пьезоэлементе 28 присутствует только пилообразн9е напряжение, осуществляющее развертку частоты лазера. В режиме захвата за одиночный пик насыщенного поглощения выключатель 41 разомкнут, а вход УПТ 35 через переключатель 36 подключен непосредственно к выходу синхронного детектора 32. В данном

лазере увеличивается быстродействие регулирования полосы удержания частоты.

Устройство может быть реализовано на основе He-Ne/1j-лазера с длинами

волн 0,63, 0,61 мкм и др., на основе Ar/lj-лазера с длинами волн 0,54 мкм, 0,5017 мкм и др., на основе зера с длинами волн 0,53, 0,52 мкм и др. с другими лазерами, стабилизиройода и дpvгиx поглотителях с сверхтонкой структурой спектра.

В данном устройстве осуществляется стабилизация частота лазера не на один пик, а на центр тяжести группы пиков, что попытает надежность рабо ты при относительно высокой воспроизводимости частоты.

35

Формула изобретения

I. Стабилизированный лазер, содержащий активный элемент, поглощающую ячейку, зеркала, размещенные на пье40 зоэлементах, фотоприеммик, подключенный через последовательно соединенные прёдусилитель и избирательный . усилитель к входу синхронного детектора, другой вход которого соединен

45 с выходом оперного генератора системы автоматической подстройки частоты, а выход - с входом фильтра, выход которого соединен с входом усилителя

фи9.2

Состапи тель А.Валанкин

Редактор М.Васильева А.Кравчук;

«р«/а/

Корректор Н.Король