Устройство для измерения частоты излучения лазера

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА, включающего резонатор, одно из зеркал которого установлено на пьезокерамике, содержащее систему автоподстройки частоты, имеющзгю нелинейно-погяощаю1ЧУю ячейку, индикатор, и соединенные последовательно фотоприемник, усилитель , фазовый детектор, интегратор, усилитель постоянного тока, переключатель и генератор модулирующего напряжения , выход которого соединен с пьезокераникой, а также эталонньй лазер, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения частоты, в него введены соединенные последовательно генератор синусоидального напряжения, фазовращатель , формирователь импульсов, ком fyтaтop фазы на 180° и ключ, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен также с пьезокерамикой зеркала и входом индикатора, выход фазового детектора соединен с вторым входом индикатора, второй вход и выход коммутатора фазы на 180 соединены соответственно через ключ с вторым выходом генератора модулирующего напряжения и вторым i входом фазового детектора, а коммутатор Лазы на 180 выполнен в виде пяти двухвходовых логических элементов И-НЕ, причем два входа первого элемента и один вход четвертого подключены к одному входу коммутатора, два входа третьего элемента и один вход второго подключены к другому входу коммутатора, другой вход второго элемента соединен с выходом 00 первого, другой вход четвертого элесю мента соединен с выходом третьего, . входы пятого элемента соединены соответственно с выходом второго и четю вертого элементов, а выход пятого элемента подключен к выходу коммутатора фазы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) Р1) Н 01 S 3/106„Н 01 S 3/108

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3439809/25 (22) 14.05.82 (46) 30.05.91.Бюл. № 20 (71) Институт радиотехники и электроники АН СССР (72) Е.Н.Базаров, Г.А.Герасимов, В.П.Губин, А.И.Сазонов, Н.И.Старостин и В.В.Фомин (53) 621.375.8 (088.8) (56) Базаров Е.Н.Стабилизация частоты волноводного СО лазера по резонансам насыщения поглощения молекулы 0sO<,—

Квантовая электроника, 1980, № 7, с.2646.

Кошелявский Н.Б. и др. Образцовая частотно-измерительная установка инфракрасного диапазона. Измерительная техника, 1976, № 10,.с.57, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА, включающего резонатор, одно из зеркал которого установлено на пьезокерамике, содержащее систему автоподстройки частоты, имеющую нелинейно-поглощающую ячейку, индикатор, и соединенные последовательно фотоприемник, усилитель, фазовый детектор, интегратор, 1 усилитель постоянного тока, переклю- чатель и генератор модулирующего напряжения, выход которого соединен с .пьезокерамикой, а также эталонный

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано . для повьппения точности измерения час-

2 лазер, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения частоты, в него введены соединенные последовательно генератор синусоидального напряжения, фазовращатель, формирователь импульсов, коммутатор фазы на 180 и ключ, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен также с пьезокерамикой зеркала и входом индикатора, выход фазового детектора соединен с вторым входом индикатора, второй вход и выход коммутатора фазы на о

180 соединены соответственно через ключ с вторым выходом генератора модулирующего напряжения и вторым входом фаеового детектора, а коммуо татар фазы на 180 выполнен в виде пяти двухвходовых логических элементов И-НЕ, причем два входа первого элемента и один вход четвертого подключены к одному входу коммутатора, два входа третьего элемента и один вход второго подключены к другому входу коммутатора, другой вход второго элемента соединен с выходом первого, другой вход четвертого элемента соединен с выходом третьего, входы пятого элемента соединены соответственно с выходом второго и четвертого элементов, а выход пятого элемента подключен к выходу коммутатора фазы. тоты лазеров, в частности частотностабилизированных лазеров.

1088626

Известно устройство для измерения частоты излучения лазера, содержащее опорный лазерный стандарт, исследуемай лазер, высокочастотный смеситель, высокочастотный усилитель и частото- ) мер.

Недостатком такого устройства является необходимость создания высо.коточного опорного лазерного стандар" 10 та, высокочастотных смесителя и уси» лителя.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения частоты излучения лазера, содержащего ре-15 .зонатор, одно из зеркал которого установлено на пьезокерамике, имеет систему автоподстройки частоты, включающую ячейку и индикатор, и соединенные последовательно Фотоприемник, 20 усилитель, фазовый детектор, интегратор, усилитель постоянного тока, переключатель и генератор модулирующего напряжения, выход которого соединен с пьезокерамнкой, а также эта- 25 лонный лазер.

В предлагаемом устройстве регистрируют сигнал приращения амплитуды резонансного пика мощности излучения в зависимости от частоты; измеряют 30 амплитуду полученного сигнала и ширину по частоте от максимума до минимума; изменяют полярность сигнала на обратную полярность; совмещают полученный сигнал с первоначальным; усиливают и измеряют величину разности максимумов или минимумов этих сигналов; определяют поправку к частоте квантового перехода; измеряют частоту резонансного пика мощности излучения по отношению к эталону и определяют частоту квантового перехода.

Недостатком известного техничес" кого решения является недостаточно 45 высокая точность измерения частоты лазерного излучения, обусловленная низкой точностью компенсации наклона линии генерации для резонансного пика мощности излучения. 50

Цель, изобретения - повышение точности измерения частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты излучения лазера, включающего резонатор, одно из зеркал которого установлено на пьезокерамике, со-. держащее систему автоподстройки частоты, включающую нелинейно-поглощающую ячейку, индикатор, и соединенные последовательно фотоприемник, усили-, тель, Фазовый детектор, интегратор, усилитель постоянного тока, переключатель и генератор модулирующего напряжения, выход которого соединен с пьезокерамикой, а также эталонный лазер, введены соединенные последовательно генератор сннусоидального напряжения, фаэовращатель, Формирователь импульсов, коммутатор .фазы на 180 и ключ, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен также с пьезокерамикой зеркала и входом индикатора, выход фазового детектора соединен с вторым входом индикатора, второй вход и выход коммутатора фазы на 180 соединены соответственно через ключ с вторым выходом генератора модулирующего напряжения и вторым входом фазового детектора, а коммутатор фазы на 180 выполнен в виде.пяти двухвходовых логических элементов И-НЕ, причем два входа первого элемента и один вход четвертого подключены к одному входу коммутатора, два входа третьего элемента и один вход второго подключены к другому входу коммутатора, другой вход второго элемента соединен с выходом первого, другой вход четвертого элемента соединен с выходом третьего, входы пятого элемента соединены соответственно с вЫходом второго и четвертого элементов, а выход пятого элемента, подключен к выходу коммутатора Фазы.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг.2 — выполнение управляемого коммутатора фазы.

Устройство содержит генератор синусоидального напряжения 1, фазовращатель 2, Формирователь импульсов 3, управляемый коммутатор фазы на 180 4, переключатель 5, индикатор 6, систему 7 автоматической подстройки частоты, фазовый детектор 8, зеркала 9 лазера 10, пьезокерамику 11 зеркала лазера, переключатель 12, переключатель 13, сигнальный вход 14 коммутатора, выход 15 коммутатора, управляющий вход 16 коммутатора, элементы

17, 18, 19, 20, 21 И-НЕ, фотоприемник

22, усилитель 23, генератор модулирую-. щего напряжения 24, интегратор 25, усилитель постоянного тока 26, эталонный лазер 27, делительную пластину ле

5 108862

28, линзы 29, нелинейно-насыщающую ячейку 30, зеркало 31.

Лазер 10 оптически связан с эталонным лазером 27. Генератор синусоидалького напряжения 1 соединен через переключатель 13 с пьезокерамикой -1 1 лазера 10, фазовращателем 2 и индика" тором 6, выход фазового детектора 8 соединен с индикатором 6, управляющий 10 вход 16 управляемого коммутатора фазы на 180 4 соединен с выходом фаэовра, щателя 2 через формирователь импульсов 3, а сигнальные вход 14 и выход

15 управляемого коммутатора фазы на

180 4 включены через переключатель 5 в цепь подачи опорного сигнала на фазовый детектор 8 системы 7 автоматической подстройки частоты.

Фотоприемник 22 оптически связан 20 с лазером 10 и электрически связан с фазовым детектором 8 через усилитель

23. Интегратор 25 связан с фазовым детектором 8 и усилителем постоянного тока 26. Пьезокерамика 11 лазера че- 25 рез переключатель 12 соединена с выходом усилителя постоянного тока 26;

Генератор модулирующего напряжения

24 связан с пьезокерамикой 11. Элементы И-НЕ 17, 18,19,20,21 состав- 30 ляют управляемый коммутатор фазы на 180

В данном техническом решении производят следующее.

Регистрируют дискриминационную кривую ячейки поглощения и измеряют ее ширину.

2. Измеряют размах дискриминационной кривой.

3. Регистрируют зеркальное отоб- 40 ражение дискриминационной кривой относительно нулевого уровня.

4. Совмещают это зеркальное отображение с дискриминационной кривой.

5. Измеряют разность максимумов 45 растянутой дискриминационной кривой и ее зеркального отображения.

Поправку можно рассчитать по формугде А — размах дискриминационной кривой;

6

Д р — ширина кривой;

А, и

А — величины макс и имума и минимума относительно нулевой линии: А А - А — центральная частота линии

Р поглощающей ячейки; . — значение частоты лазера, со" ответствующее нулевому уровню на выходе системы 7.

Устройство работает следующим образом.

Система 7 разомкнута переключателем 12, переключатель 13 включен и частота лазера сканируется по синусоидальному закону. Переключатель

5 находится в положении 1 и на выходе детектора 8 вырабатывается сиг- нал ошибки, регистрируемый на индикаторе 6 в виде дискриминационной кривой. Сигнал с выхода генератора 1 сдвигается по фазе на 90 фазовращатео лем 2, преобразуется;в меандр формирователем 3 с фронтами в моменты пересечения нулевого уровня и поступает на коммутатор 4. Переключатель 5 устанавливается в положение II, при этом опорный сигнал сервосистемы проходит через коммутатор 4, в результате чего его фаза периодически о коммутируется на 180 . При коммутации фазы происходит изменение полярности сигнала ошибки, т.е.,осуществляется операция зеркального отображения дискриминационной кривой, которое регистрируется на индикаторе. По осциллограмме индикатора измеряют величины Ь, А, Д А и рассчитывают поправку к астоте по формуле (1). После окончания настройки переключатель 5 устанавливают в положение I отключают сканирование переключателя 13, замыкают систему 7 переключателем 12 и измеряют значение частоты стабилизированного лазера сличением с эталоном.

Экспериментальная проверка данного устройства проводилась на СОолазера с ячейкой на основе линии поглощения молекулы OS Од..

Данное устройство позволило повысить точность измерения частоты лазера до 10 раз.

1088626.!

08862б

Редактор С.Титова Техред И,Дндык Корректор И.Самборская

Заказ 2559

Тираж 3!8

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР!!3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101