Газовый оптический квантовый генератор со стабилизацией частоты излучения Советский патент 1975 года по МПК H01S3/22 

(54) ГАЗОВЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к квантовой электроники и может использоваться при создании стабилизированных газовых оптических квантовых генераторов (ОКГ).

Известен метод стабилизации частоты излучения одночастотных газовых ОКГ по провалу Лэмба. При его технической реализации устройство содерл ит активный элемент с блоком возбуждения, резонатор, зеркала которого укреплены на элементах, управляющих его оптической длиной, фотоприемник и систему автоподстройки частоты излучения. Система автоподстройки включает в себя избирательный усилитель, фазовый детектор, выходной каскад и г.енератор синусоидального напряжения. Сигнал с генератора модулирует частоту излучения лазера в небольших пределах, а также используется в качестве опорного напряжения, необходимого для работы фазового детектора. Регулирующее напряжение с выходного каскада управляет оптической длиной резонатора, стабилизируя частоту излучения лазера. Для дискриминации величины и направления частотного отклонения в подобных устройствах используют зависимость выходной мощности от положения частоты излучения лазера относительно центра контура усилия. Из теории Лэмба следует, что при определенных условиях эта зависимость может иметь «провал на частотах, близких к центральной частоте атомного резонанса. Если частотное расстояние между соседними продольными тинами колебаний резонатора равно ширине контура усиления на уровне порога генерации, то во всех пределах перестройки резонатора генерация существует в каждый данный момент только на одном типе колебаний. При симметричном же расположении двух соседних типов колебаний резонатора

мощность излучения падает до нуля.

Недостатком известного устройства является то, что по мере увеличения длины резонатора появляется возможность генерации одновременно на двух соседних продольных типах

колебаний, но лишь при значительных расстройках их относительно центральной частоты атомного резонанса.

Захват частоты излучения системой автоподстройки возможен в любой из пяти экстремальных точек кривой зависимости мощности излучения от длины резонатора. Для увеличения воспроизводимости необходимо обеспечить подстройку частоты излучения именно к центральной частоте.

Ошибочный захват снижает воспроизводимость генерируемой частоты излучения. Кроме того, длина резонатора должна быть ограничена условием C/2L Av ген., чтобы обеспечить отсутствие мощности излучения лазера

Цель изобретения - обеспечение автоматического захвата частоты излучения на центральной частоте атомного резонанса и увеличение степени стабильности газового ОКГ.

Для достижения этой цели фотонриемник соединен с системой автонодстройки частоты через двухконтактный релейный переключатель, вторая пара контактов которого подключена соответственно к одному из пьезозлементов зеркала резонатора и к устройству дискретного переключения длины резонатора, кроме того, фотоприемник соединен с релейным переключателем через канал управления включением переключателя, состоящий из избирательного усилителя ,и амплитудного детектора.

В качестве избирательного усилителя канала управления релейным переключателем использован усилитель сигнала ошибки системы автоподстройки частоты излучения.

На фиг. 1 показана блок-схема генератора, которая состоит и активного элемента 1, элементов 2, управляющих оптической длиной резонатора, блока 3 возбуждения, фотоприемника 4, релейного переключателя 5, системы 6 автоподстройки частоты, избирательного усилителя 7, амплитудного детектора 8 и устройства 9 для дискретной перестройки длины резонатора. Штриховой линией обведены элементы, входящие в канал управления релейным переключателем.

На фиг. 2 изображены графики, иллюстрирующие работу генератора, где а, б, в, г и д- экстремальные точки.

В случае ошибочного захвата частота излучения удерживается системой автоподстройки в точке г или д.

Канал управления релейным переключателем анализирует сигнал с фотоприемника 4 и в случае ошибочного захвата выдает сигнал на включение релейного переключателя 5. При этом релейный переключатель одной из двух пар своих контактов подает на элемент 2, унравляюший оптической длиной резонатора, нанряжение с устройства для дискретной перестройки длины резонатора на Я/4. Благодаря этому частота излучения скачком перестраивается из точки г в точку а. Для исключения возможности отработки скачка системой автоподстройки вторая пара контактов релейного переключателя размыкает цепь автоподстройки на время дискретной перестройки резонатора отключением сигнала с фотонриемника от системы 6 автоподстройки частоты. В результате частота излучения оказывается вблизи точки а и захватывается на центральной частоте атомного резонанса.

В случае, если при замыкании системы авгоподстройки, частота оказалась в районе точки а, то правильный захват на центральной частоте произойдет сразу. При этом канал управления релейным каскадом не выдает сигнала для включения релейного каскада. Таким образом, автоматически обеспечивается захват частоты излучения в центре контура усиления. Кроме того, при автоматической регистрации ошибочного захвата отпадает необходимость соблюдения условия C/2L Av ген. Поэтому длина резонатора, а следовательно, и активного элемента может быть

увеличена по меньшей мере в полтора раза. величение усиления повышает мощность излучения, а для 1маломощных газовых лазеров - крутизну оптического дискриминатора, что улучшает качество стабилизации частоты

излучения.

Благодаря значительно большей крутизне в районе точки г в системе автоподстройки при ошибочном захвате возникают автоколебания и значительно возрастает остаточный сигнал

ошибки. В этом случае канал управления релейным каскадом выполняется в виде избирательного усилителя, настроенного на частоту модулирующего напряжения и амплитудного детектора. При ошибочном захвате остаточный сигнал ошибки значительно возрастает и увеличившееся напряжение на выходе амплитудного детектора включает релейный каскад. В качестве избирательного усилителя при этом можно использовать усилитель системы автоподстройки частоты, что значительно снижает габариты устройства и упрощает его конструкцию в целом.

Предмет изобретения

1.Газовый оптический квантовый генератор со стабилизацией частоты излучения, содержащий активный элемент, резонатор, зеркала которого укреплены на пьезоэлектрических

элементах, фотоприемник и систему автоподстройки частоты, отличающийся тем, что, с целью обеспечения автоматического захвата частоты излучения на центральной частоте атомного резонанса и увеличения степени стабильности частоты излучения, фотоприемник соединен с системой автонодстройкр частоты через двухконтактный релейный переключатель, вторая пара контактов которого подключена соответственно к одному из пьезоэлементов зеркала резонатора и к устройству дискретного переключения длины резонатора, кроме того, фотонриемник соединен с релейным переключателем через канал управления включением переключателя, состоящий

из избирательного усилителя и амплитудного детектора.

2.Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве избирательного усилителя канала управления релейным переключателем

использован усилитель сигнала ошибки системы автоподстройки частоты излучения.

Риж

AL

UL