СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПО ЧАСТОТЕ ЛАЗЕР

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПО ЧАСТОТЕ ЛАЗЕР


RU (11) 2073949 (13) C1

(51) 6 H01S3/13 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93026886/25 
(22) Дата подачи заявки: 1993.05.12 
(45) Опубликовано: 1997.02.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: A.G. Adam et al. Rev. Sci Оnstr. 1989, v. 52, N 1, p.6. Базаров Е.Р. и др. Сдвиги частоты узкого резонанса в OSO 4 во внешнем интерферометре вследствиие самофокусировки излучения. Квантовая электроника, 1991, 18, 6, с. 766. 
(71) Заявитель(и): Институт лазерной физики СО РАН 
(72) Автор(ы): Багаев С.Н.; Остроменский М.П.; Покасов П.В. 
(73) Патентообладатель(и): Институт лазерной физики СО РАН 

(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПО ЧАСТОТЕ ЛАЗЕР 

Использование: изобретение относится к квантовой электронике и лазерной технике, оно может быть использовано при создании газовых лазеров, стабилизированных по частоте, предназначенных для лазерной спектроскопии, метрологии, локации, а также других областей науки и техники, где необходима высокая стабильность лазерного излучения. Сущность: для улучшения стабильности и воспроизводимости частоты излучения в стабилизированный по частоте лазер, содержащий задающий оптический квантовый генератор, дискриминатор отклонения частоты в виде настраиваемого интерферометра, содержащего внутри ячейку со средой, нелинейно поглощающей на частоте прибора, оптическую схему согласования волновых фронтов резонаторов генератора и интерферометра, фильтр-развязку, фотоприемник и систему автоподстройки частоты, согласно изобретению, в полость интерферометра дополнительно к поглощающей ячейке помещен оптический квантовый усилитель, работающий на частоте опорного генератора, действие которого компенсирует диссипативные потери в интерферометре, что позволяет повысить контраст и амплитуду репера, отношение сигнал-шум и тем самым достичь более высоких характеристик по стабильности частоты лазера. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике и лазерной технике, оно может быть использовано при создании газовых лазеров, стабилизированных по частоте, предназначенных для лазерной спектроскопии, метрологии, локации, а также других областей науки и техники, где необходима высокая стабильность лазерного излучения.

Известны стабилизированные лазеры [1, 2] в которых в качестве оптических дискриминаторов системы стабилизации используются интерферометры Фабри-Перо, а репером, по которому стабилизируют частоту лазера, является контур пропускания интерферометра. Недостаток такой схемы стабилизации в том, что репер не является физической величиной и частота максимума пропускания интерферометра, а значит, и стабильность, особенно долговременная, полностью определяются внешними шумами, поэтому, даже при тщательной акустической и тепловой изоляции интерферометра, долговременная стабильность и воспроизводимость частоты лазера обычно остается 10-9 [2]

Известен также стабилизированный по частоте газовый лазер [3] содержащий задающий генератор, на выходе которого помещен дискриминатор отклонения частоты в виде настраиваемого интерферометра, полость между его зеркалами заполнена газом, обладающим нелинейным поглощением на частоте прибора, оптическую схему согласования волновых фронтов, фильтр-развязку, фотоприемник и систему автоподстройки. Стабильность и воспроизводимость частоты такого лазера главным образом зависят от параметров резонанса поглощения, возникающего в поле стоячей волны в интерферометре, а именно от его ширины и амплитуды и отношения сигнал/шум. Достижимые значения стабильности такого лазера оцениваются как 10-14 [4] Для получения высоких значений стабильности и воспроизводимости частоты лазера необходимо иметь резонанс с минимальной шириной, что достигается уменьшением давления поглощающего газа. Однако переход к низким давлениям в поглощении сопровождается резким уменьшением интенсивности резонанса, а значит, и величины отношения сигнал/шум в системе автоподстройки, что препятствует улучшению характеристик стабильности частоты лазера. Необходимое в этом случае повышение чувствительности дискриминатора обеспечивается, как правило, увеличением геометрических размеров поля в интерферометре и повышением добротности последнего. Традиционно это выражается в применении в интерферометре зеркал с большим радиусом кривизны (R 100 м), что делает интерферометр чувствительным к разъюстировкам и внешним шумам, в увеличении коэффициента отражения, что приводит к уменьшению амплитуды полезного сигнала (хотя контраст резонанса возрастет), а также к возрастанию стоимости системы, и в стремлении улучшить качество настройки интерферометра.

Таким образом, получение высокостабильного по частоте лазерного излучения с применением известного стабилизированного газового оптического квантового генератора сопряжено со значительными трудностями, поскольку с увеличением контраста репера одновременно понижается его интенсивность и отношение сигнал/шум, а применение широкоапертурной, высококачественной оптики повышает требования к настройке интерферометра и существенно повышает стоимость системы.

В основу изобретения положена задача создания стабилизированного по частоте лазера, конструкция которого позволила бы повысить амплитуду полезного сигнала, увеличить контраст репера и тем самым улучшить стабильность и воспроизводимость частоты излучения лазера.

Поставленная задача решается тем, что в стабилизированный по частоте лазер, содержащий задающий оптический квантовый генератор, дискриминатор отклонения частоты в виде настраиваемого интерферометра, содержащего внутри ячейку со средой, нелинейно поглощающей на частоте прибора; оптическую схему согласования волновых фронтов резонаторов генератора и интерферометра; фильтр-развязку; фотоприемник и систему автоподстройки частоты, согласно изобретению, в полость интерферометра дополнительно к поглощающей ячейке помещен оптический квантовый усилитель, работающий на частоте опорного генератора, действие которого компенсирует диссипативные потери в интерферометре, что позволяет повысить контраст и амплитуду репера, отношение сигнал/шум и тем самым достичь более высоких характеристик по стабильности частоты лазера.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит задающий оптический квантовый генератор 1; оптическую схему согласования волновых фронтов резонаторов генератора и интерферометра 2, 3; фильтр-развязку 4; дискриминатор отклонения частоты 5 в виде интерферометра Фабри-Перо, образованного зеркалами 6 и 7, одно из которых наклеено на пьезокерамику 8, и содержащего внутри резонатора ячейку 9, наполненную газом с нелинейным поглощением на частоте задающего генератора, и оптический квантовый усилитель 10; фотодетектор 11; систему автоподстройки частоты 12.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 1 работает на частоте, значение которой управляется электрическим сигналом, поступающим на пьезокерамический пакет, на котором закреплено зеркало генератора. Зеркала 2 и 3, образующие оптическую схему согласования волновых фронтов резонаторов генератора 1 и интерферометра 5, направляют излучение генератора 1 в интерферометр 5. Фильтр-развязка 4 исключает влияние оптической обратной связи от зеркал интерферометра на работу генератора. Излучение, пройдя через поглощающую ячейку 9 и оптический квантовый усилитель 10, помещенные между зеркалами 6 и 7 интерферометра, попадает на фотодетектор 11. Система автоподстройки частоты 12 вырабатывает сигнал ошибки и замыкает обратную связь на пьезокерамический пакет 8 зеркала генератора 1. Частота излучения задающего генератора 1, частоты максимумов линий поглощения и усиления, а также частота одного из максимумов пропускания интерферометра должны быть согласованы.

Принцип действия дискриминатора основан на свойстве поглощающего газа насыщаться под действием проходящего электромагнитного излучения. В поле стоячей волны, в интерферометре, это насыщение приводит к возникновению резонансного провала в центре линии поглощения (т.н. провала Лэмба), полуширина которого может быть порядка однородной полуширины Г линии поглощения. Эффект образования провала Лэмба, а также обратного провала Лэмба хорошо известен и широко применяется в квантовой оптике. Дискриминатор предлагаемого устройства включает в себя кроме ячейки, заполненной резонансно поглощающим на частоте прибора газом, и оптический квантовый усилитель, действие которого следующим образом благотворно сказывается на работе всего устройства:

повышает добротность интерферометра, т.е. возрастает число проходов излучения внутри дискриминатора. Это эквивалентно увеличению эффективной длины поглощения и, следовательно, росту контраста резонанса;

в системе увеличивается отношение сигнал/шум, что позволяет уменьшить давление поглотителя без потери в амплитуде резонанса;

с уменьшением давления поглотителя падает величина ухода нуля дискриминатора, что влечет за собой повышение воспроизводимости частоты стабилизированного лазера. Использование меньших давлений в поглощающей ячейке позволяет получать более узкий резонанс, что дает возможность повысить точность привязки лазера к его вершине, а значит, повысить кратковременную стабильность;

усилитель, кроме того, обеспечивает и просто абсолютное увеличение амплитуды сигнала.

Сигнал на выходе такого дискриминатора будет принимать максимальное значение, когда интерферометр находится на пороге самовозбуждения.

В Институте лазерной физики были проведены эксперименты, в которых был зарегистрирован резонанс насыщенного поглощения в активном интерферометре с нелинейно поглощающей средой. Параметры системы: задающий генератор - волноводный СO2 лазер, интерферометр с базой 6 м образован зеркалом с R 15 м и пропусканием 4,5% с алюминиевой дифракционной решеткой со 150 шт./мм. Усиливающая трубка длиной 1,8 м наполнялась смесью CO2:He под общим давлением 6 Торр. Поглощающая ячейка имела длину 4 м и наполнялась CO2 при давлении 5х10-4 Торр. Вся система была настроена на линию R30. Нами наблюдался резонанс насыщенного поглощения шириной 25 кГц и контрастом 8% С такими параметрами резонанса нестабильность частоты излучения лазера, стабилизированного по такому реперу, будет составлять величину 10-14 - 10-15. Для сравнения контраст резонанса в работах [2] не превышал 0,5% а ширина была порядка 30 кГц [4]

Таким образом, использование настоящего изобретения позволяет улучшить стабильность и воспроизводимость частоты излучения лазера. Кроме того, применение данного изобретения позволит исключить использование высококачественной оптики в конструкции и снизить требования к юстировке. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Стабилизированный по частоте лазер, содержащий задающий оптический квантовый генератор, дискриминатор отклонения частоты в виде настраиваемого интерферометра, содержащего внутри поглощающую ячейку со средой, имеющей нелинейное поглощение на частоте прибора, оптическую схему согласования волновых фронтов-резонаторов генератора и интерферометра, фильтр-развязку, фотоприемник и систему автоподстройки частоты, отличающийся тем, что в полость интерферометра дополнительно к поглощающей ячейке помещен оптический квантовый усилитель, работающий на частоте задающего оптического квантового генератора.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru