Частотно-стабилизированный лазер Советский патент 1980 года по МПК H01S3/13 

(54) ЧАСТОТНО СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ЛАЗЕР

I

Изобретение относится к устройству газовых лазеров со стабилизацией частоты излучения и может быть использовано в метрологин при измерении длины и перемещений, в голографии и других областях техники.

Известны устройства стабилизированных по частоте газовых лазеров, работающих в одночастотном режиме, в которых стабилизация частоты излучения осуществляется по провалу Лэмба на контуре усиления активной среды, либо с помощью вспомогательных поглощающих ячеек 1. Эти устройства требуют введения принудительной частотной модуляции, что бывает нежелательным в ряде приложений, а применение поглощающих ячеек усложняет конструкцию лазеров.

Известен частотно стабилизированный лазер, содержащий резонатор с активным элементом и систему автоматической подстройки, включающую фотодетектор и исполнительный механизм 2. Этот лазер работает только в режиме генерации трех оптических частот. Подстройка частоты излучения лазера достигается путем выделения и стабилизации низкочастотных биений, возникающих при несимметричном расположении трех оптических частот относительно допплеровского контура усиления активной среды.

Цель изобретения - повыщение стабильности лазера в режиме генерации по крайней мере четырех частот.

Это достигается тем, что между, фотодетектором и исполнительным механизмом установлены соединенные последовательно гетеродинный приемник, фильтр низкой частоты и частотный детектор. На фиг. 1 представлена блок-схема частотно стабилизированного лазера; на фиг. 2 блок-схема гетеродинного приемника.

Лазер содержит резонатор и активный элемент 1, фотодетектор (ФД) 2, гетеродинный приемник 3, фильтр низкой частоты (ФНЧ) 4, частотный детектор (ЧД) 5, интегрирующий усилитель 6 и пьезокерамику 7 для подстройки резонатора. Интегрирующий усилитель 6 и пьезокерамика 7 представляют собой исполнительный механизм. Гетеродинный приемник состоит из гетеродина 8, усилителя высокой частоты (УВЧ) 9,смесителя 10, усилителя промежуточной частоты (УПЧ) 11 и низкочастотного радиодетектора 12. Частотно стабилизированный лазер работает следующим образом. Излучение активного элемента 1, состоящее из нескольких оптических частот, неэквидистантно разнесенных (из-за дисперсионных свойств оптической среды) на межмодовое расстояние порядка 110 мГц, поступает на широкополосный фотодетектор 2. Сигнал, снимаемый с ФД, содержит множество комбинационных колебаний как основных (ПО мГц), так и более-высокого порядка, частота которых кратна основной межмодовой частоте. Назначение гетеродинного приемника 3 состоит в том, чтобы из всей совокупности комбинационных частот выделить низкочастотные биения только между двумя комбинационными частотами. УВЧ 9 выделяет и усиливает из суммарного сигнала ФД комбинационные частоты только первого порядка ПО мГц. Неэквидистантность расположения оптических частот приводит к тому, что основные комбинационные частоты различаются всего лищь на 1 - 10 кГц

и поскольку полоса пропускания гетеродинного приемника, образованного УВЧ 9, гетеродином 8 (fr 120 мГц), смесителем 10 и УПЧ 11 (fnp 10 мГц), значительно больще этой величинь, они все детектируются низкочастотным радиодетектором 12. Необходимые для подстройки лазера низко. частотного биения частоты выделяются rt)H4 (с полосой пропускания 500 Гц), настроенным на среднюю частоту 2 кГц. Напряжение на выходе интегрирующего усилителя 6 пропорционально расстройке частоты биений, поступающих на вход ЧД 5 от среднего значения 2 кГц. Это напряжение используется для подстройки зеркала резонатора лазера.

Введение гетеродинного приемника и избирательного фильтра низкой частоты в сискалом резонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности лазера в режиме генерации по крайней мере четырех частот, между фотодедектором и исполнительным механизмом установлены соединенные последовательно гетеродинный приемник, фильтр низкой частоты и частотный детектор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Капралов В. П. и Булыгин А. С. Использование дисперсионных свойств активной среды лазера для стабилизации частоты его излучения, «Оптика и спектроскопия, 1974, т. 37, вып. 5, с. 993. тему АПЧ обеспечивает выделение из многих комбинационных частот только одной пары частот, низкочастотные биения между которыми используются для подстройки частоты лазера. Введение частотного детектора повыщает устойчивость работы системы АПЧ. Предлагаемый частотно, стабилизированный лазер, работающий на базе больших резонаторов и активных элементов, обладает высокой выходной мощностью. Изобретение может быть использовано для стабилизации газовых лазеров, серийно выпускаемых промышленностью. Формула изобретения Частотно стабилизированный лазер, содержащий резонатор с зеркалами, активный элемент и систему автоматической подстройки, включающую фотодетектор и исполнительный механизм, соединенный с зерОт ФА