Стабилизированный газовый лазер Советский патент 1975 года по МПК H01S3/22 

1

Изобретение относится к квантовой электронике.

Известно устройство для стабилизации частоты излучения газового лазера по провалу Лэмба. Оно состоит из резонатора, в котором расположены лазерная трубка, управляющая и модулирующая пьезокерамики с закрепленными на них зеркалами, и последовательно соединенных с ним фотоприемника, избирательного усилителя, фазового детектора, интегратора, регулирующего элемента. Выход генератора поисковой частоты подключен к фазовому детектору и управляющей пьезокерамике. В устройстве имеется переключатель, подсоединенный к схеме управления, которая подключена к интегратору.

Однако известное устройство не исключает одновременную генерацию лазером двух частот, имеет большое время подготовки к работе, связанное с необходимостью ручной настройки лазера в режиме генерации одной частоты вышеуказанным переключателем, и неудобно в эксплуатации, так как требует -постоянного наблюдения со стороны оператора.

Цель изобретения - поддержание одночастотного режима генерации лазера и уменьшение времени подготовки его к работе.

Цель достигается тем, что в предлагаемом газовом лазере к выходу фазового детектора последовательно присоединены линейный усилитель, амплитудный детектор, триггер Шмидта и генератор тактовых импульсов. Выход последнего подключен к управляющему триггеру и ждущему мультивибратору, при этом

выход управляющего триггера соединен с регулирующим элементом, а последний - с управляющей пьезокерамикой. Выходы ждущего мультивибратора и генератора поисковой частоты подключены к входам схемы запрета,

выход которой соединен с фазовым детектором и модулирующей пьезокерамикой. На чертеже показана блок-схема лазера. Стабилизированный газовый лазер состоит из резонатора 1, в котором расположены лазерпая трубка 2, управляющая 3 и модулирующая 4 пьезокерамики с закрепленными на них зеркалами 5, и последовательно соединенных с ним фотоприемника б, избирательного усилителя 7, фазового детектора 8, инTerg j P У и/регулирующего элемента 10. Кроме того, к выходу фазового детектора последовательно присоединены линейный усилитель 11, амплитудный детектор 12, триггер Шмидта 13 и генератор 14 тактовых импульсов. Выходы последнего подключены к входам ждущего мультивибратора 15 и управляющего триггера Ib. Выход управляющего триггера 16 соединен с входом регулирующего элемента 10, выход которого подключен к управляющей

пьезокерамике 3. Выходы ждущего мультИвибратора 15 и генератора 17 поисковой частоты соединены с входами схемы запрета 18, причем к выходам последней подключены фазовый детектор 8 и модулирующая пьезокерамика 4.

Частота излучения определяется длиной резонатора 1. Поэтому стабилизация частоты излучения сводится к поддержанию постоянства длины резонатора. При этом используется характерная зависимость мощности излучения от расстройки его частоты относительно центра атомной линии (провал Лэмба). Для определения отклонения частоты от центра провала на модулирующую пьезокерамику 4 подается сигнал поисковой частоты, вызывающий амплитудную модуляцию выходного излучения, которая преобразуется фотоприемником 6 в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на вход избирательного усилителя 7, и настроенного на поисковую частоту. Когда частота генерации совпадает с центром провала Лэмба, сигнал на выходе избирательного усилителя 7 становится равным нулю. Фаза меняется на 180°, и амплитуда сигнала увеличивается на другой стороне от центра. Демодулируя сигнал фазовым детектором 8, получают постоянное напряжение, которое посредством интегратора 9 и регулирующего элемента 10 управляет напряжением на пьезокерамике 3 и настраивает частоту генерации лазера на центр провала Лэмба.

В случае, когда частота генерации находится вне зоны провала Лэмба, стабилирующее устройство стремится увести ее дальше, пока не установится режим одновременной генерации двух частот. При этом в лазере возникают устойчивые колебания с частотой, определяемой конкретными его параметрами. Сигнал с частотой этих колебаний выделяется на выходе фазового детектора 8, усиливается линейным усилителем 11 и детектируется амплитудным детектором 12. Возникающий скачок напряжения на выходе последнего формируется триггером Шмидта и воздействует на генератор тактовых импульсов. Первый же тактовый импульс запускает ждущий мультивибратор 15 и одновременно перебрасывает управляющий триггер 16 со счетным входом в новое состояние. На время действия импульса от ждущего мультивибратора 15 сигнал поисковой частоты на выходе схемы запрета исчезает, и обратная связь подстройки частоты излучения в устройстве оказывается разомкнутой. В это время перепад напряжения на выходе управляющего триггера 16 прикладывается к другому входу регулирующего элемента 10, выполненного в виде двухкаскадного дифференциального усилителя постоянного тока и нагруженного на управляющую пьезокерамику 3. Скачок напряжения на управляющей пьезокерамике выбирают таким, чтобы соответствующее ему изменение длины резонатора вызывало сдвиг собственных частот резонатора на половину интервала между ними, как только частота генерации, соответствующая одной из собственных частот резонатора, оказывается в зоне провала, колебания в устройстве, вызванные двухчастотным режимом генерации лазера, пропадают, и генератор тактовых импульсов прекращает работать. При этом на выходе схемы запрета снова появляются колебания с поисковой частотой, обратная связь подстройки частоты замыкается, и частота излучения стабилизируется по центру провала Лэмба.

Время перестройки лазера из режима двухчастотной генерации в одночастотную составляет 0,01 сек, т. е. примерно в 200 раз меньше, чем при ручной настройке. Это означает,

что излучение стабилизированного лазера практически будет всегда одночастотным.

Предмет изобретения

Стабилизированный газовый лазер, состоящий из активного элемента, резонатора, образованного двумя зеркалами, укрепленными на управляющей и модулирующей пьезокерамиках, и соединенных последовательно с ним

фотоприемника, избирательного усилителя, фазового детектора, интегратора, генератора поисковой частоты и регулирующего элемента, выход которого соединен с управляющей пьезокерамикой, отличающийся тем, что,

с целью поддержания одночастотного режима генерации лазера и уменьшения времени подготовки его к работе, выход фазового детектора соединен с последовательно установленными линейным усилителем, амплитудным

детектором, триггером Шмидта и генератором тактовых импульсов, к выходам последнего подключены ждущий мультивибратор и управляющий триггер, выход которого соединен с регулирующим элементом, а выход ждущего мультивибратора соединен с одним из входов схемы запрета, причем генератор поисковой частоты подключен к другому входу схемы запрета, а выход последней соединен с модулирующей пьезокерамикой и с фазовым

детектором.