DD285858B5 - Verfahren und anordnung zur quantitativen anzeige von frequenzschwankungen speziell stabilisierter zwei-moden-innenspiegellaser - Google Patents

Verfahren und anordnung zur quantitativen anzeige von frequenzschwankungen speziell stabilisierter zwei-moden-innenspiegellaser Download PDF

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Heidi Dipl-Phys Ullmann
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Jenoptik Jena Gmbh
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Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung findet Anwendung im optischen Präzisionsgerätebau bei Laserwegmeßsystemen, wo vorzugsweise frequenzstabilisierte Zwei-Moden-Innenspiegellaser eingesetzt werden.
Charakteristik des bekannton Standes der Technik
Das Problem der quantitativen Anzeige von Frequenzschwankungen bei speziell stabilisierten Zwei-Moden-Innenspiegellasorn ist in der Fachliteratur noch relativ ungelöst. Es wurde bereits ein Verfahren zur Einstellung der Havariegrenzen und zur Überwachung der Frequenzstabilität stabilisierter Zwoi-Moden-Innenspiegellaser voigeschlagen, wobei die Intensitäten der beiden Moden verglichen werden und die am Differenzverstärker auftretende Spannungsdifferenz AU (AU entspricht der Laserlichtleistungsdifferenz der beiden ausgewählten Moden ν, und V2) wird über einem jeden Laserrohr individuell entsprechend angepaßten Verstärker so variiert, daß die gewünschte Anzeigemeßempfindlichkeit bzw. Havariegrenze erreicht wird. Hierzu wird der Spitzenstrom eines Modes gemessen, einmalig auf einem Heterodynmeßplatz eine Konstante K bestimmt (V wird an einem Laser variiert, bis die gewünschte Havariegrenze bzw. Empfindlichkeit erreicht ist) und nach der Beziehung
wird dt rch die Messung des (individuellen) Spitzenstromes die einzustellende Verstärkung bestimmt.
Diese Lösung hat den prinzipiellen Nachteil, daß durch die Havariegrenzen die Verstärkung des gesamten Regelkreises vorgeschrieben ist. Insbesondere bei gewünschten weiten Interruptgrenzen (bzw. geringer Anzeigeempfindlichkeit) von z. B.
bis 100MHz wird die Verstärkung des Regelkreises relativ gering. Das äußert sich beispielsweise in größeren Frequenzdriften während der Einlaufphase (Frequenzdrift dos Lasers ab Zeitpunkt des Regeleinsatzes bis zum Erreichen des thermischen Gleichgewichtes des Lasers) oder in einer stärkeren Temperaturabhängigkeit der stabilisierten Laserwellenlänge. Außerdem sinkt die Anzeigegenauigkeit bei Laserrohren stark unterschiedlicher Verstärkung.
Weitere technische Lösungen zum Problem der quantitativen Überwachung von stabilisierten Zwei-Moden-Innenspiegellasern sind nicht bekannt.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, die quantitative Anzeige von Frequenzschwankungen genauer und einfacher zu gestalten.
Wesen der Erfindung
Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wellenlängenschwankungen, die infolge von äußeren Störungen stabilisierten Zwei-Moden-Innenspiogellasern auftreten, quantitativ anzuzeigen und beim Überschreiten einer maximal erlaubten Schwankung der Frequenz innerhalb der Messung ein geeichtes Interrupt-Signal abzuleiten. Des weiteren soll die volle offene Verstärkung des Operationsverstärkers (Regelverstärker) genutzt werden können und die Anzeigegenauigkeit weitgehend unabhängig von der unterschiedlichen Verstärkung der Laserrohre, welche sich u.a. in unterschiedlicher Laserlichtleistung der verschiedenen Laserrohre äußert, gemacht werden, wobei die Interrupt-Grenzen 50 MHz betragen und die Frequenzanzeige bzw. das Interrupt einfach und schnell einstellbar sein sollen.
Erfindungsgomäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anzeige der Frequenzschwankungen in folgenden drei Verfahiencschritten erfolgt:
1. Für alle Laserrohre wird die hinter dem Strom-Spannungs-(l/U-)Wandler während des Modendurchlaufs gemessene Maximnlspannung auf gleiche Höhe gebracht.
2. Die hinter dem Differenzverstärker entstehende Spannung hat für die einzelnen Laserrohre unterschiedliche Amplituden. Sie wird mit Hilfe eines Normierverstärkers normiert, sodaß die Amplitudenwerte der Spannungskurven für alle Laserrohre gleich sind.
3. Die zu einer bestimmten, am Normierverstärker gemessenen Spannungsänderung gehörende Frequenzänderung des Laserlichtes wird an einem Probelaser mit Hilfe des optischen Hetorodynmeßverfahrons bestimmt und dann wird die gewünschte Empfindlichkeit der Frequenzschwankungsanzeige am Regler eingestellt.
Bekanntlich unterliegen die Laserlichtleistungen der Lasermoden von He-Ne-Lasarn kurzer Baulänge in der Einlaufphase (Erwärmung des Laserrohres) periodischen Schwankungen. Die Laserlichtleistung ist maximal, wenn sich der Mode in der Linienmitte der Verstärkungskurve befindet. Sie ist minimal, wenn sich der Resonatorabstand um weitere λ/2 (λ = 633 πm) vergrößert hat. Die zu einem Laserrohr der Resonatorlänge I = 233mm gehörende Frequenzverschiebung des Modes ist dann ca. 640MHz.
F.s wurde gefunden, daß die Kurvenverläufe der Modenintensitäten auch für Laserrohre stark unterschiedlicher Laserlichtleistung (Verstärkung) nahezu identisch sind, wenn man die Schwankungsbreiten normiert. Insbesondere für den Bereich des RegHpunktes (je nach Verstärkung zwischen 60% bis 80% des Maximalwertes) ergeben sich gleicht) Anstiege der Kurven. Dieser Sachverhalt ermöglicht eine geeichte Anzeige der Frequenzschwankung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Ausf Ohrungsbeispiel
Anhand der Abbildungen soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.
Fig. 1 bis 3 /eigen die Modenschwankungen dreier Laser mit und ohne Modensprung, einmal, nicht normiert (a) und normiert (b). Fig. 1 zeigt die beiden Diagramme eines 0,6-mW-Lasers mit Modensprung, Fig. 2 die Diagramme eines 1,4-mW-Lasers ohne Modensprung und Fig. 3 die Diagramme eines 2,1-mW-Lasers mit Modensprung. In Fig. 4 ist das Prinzip der von einander unabhängigen Frequenzregelung (Regelverstärker 11, Heizquelle 16, Stellglied für die Heizwicklung 18) und Frequenzanzeige dargestellt. In Fig. 5 ist die Normierung der an (Anzeige 13) zwei verschiedenen Laserrohren (I, II) gemessenen unterschiedlichen Spannungsamplituden dargestellt.
Für die Laserrohre 14 (Fig.4) wird die durch einen Mode (Polarisationsfilter 8, Empfänger 15) hinter dem I/U-Wandler 9 während des Modendurchlaufs gemessene Maximalspannung U41 bzw. U4M (Fig.5a) mittels des Reglers 1 gleich groß goregelt (Meßpunkt 4), dabei werden die Spannungen so groß wie möglich eingestellt, damit eine maximal mögliche Verstärkung und etwa eine identische Verstärkung unterschiedlicher Geräte gesichert wird. In einem Referenzsignalbildner 1*. wird ein bestimmter Teil der während des Modondurchlaufes in der Einlaufphase des Lasers nach dem U/I-Wandler 9 gemessenen Maximalspannungen U4 gespeichert (Erzeugung einer Referenzspannung U6). Einem Differenzverstärker 10 wird die vom Mode erzeugte Spannung U4 und die Referenzspannung U6 zugeführt. Die hinter dem Differenzverstärker 10 am Meßpunkt 6 entstehende Spannung U6 ist in Fig. 5 b dargestellt, wobei der Einfachheit halber angenommen wurde, daß der Regelpunkt in der Mitte der Schwankungsbreite liegt. Der Regelpunkt und damit die Größe der Referenzspannung U61 bzw. U5n in Fig. 5 a, gemessen am Meßpunkt 5, werden zuvor durch Gleichmachung der Laserlichtintensitäton im Output-Laserstrahl im Regelfall bestimmt. Mit Hilfe des Normierverstärkers 12 wird die durch den Modendurchlauf am Meßpunkt 6 bewirkte Spannungsänderung normiert für unterschiedliche Lasergeräte (Regler 2). Diese normierte Spannungsänderung U 7 wird im Meßpunkt 7 gemessen. Wie Fig. 5c zeigt, sind jetzt alle Amplitudenwerte der Spannungskurven gleich. Die zu einer bestimmten, am Meßpunkt 7 gemessenen Spannungsänderung gehörende Frequenzänderung des Laserlichtes wird an einem Probelaser mit Hilfe des optischen Heterodynverfahrens bestimmt. Danach wird die gewünschte Empfindlichkeit der Frequenzschwankungsanzeige 13 am Regler 3 eingestellt. Für weitere einzustellende Laser ist die Heterodynmessung dann nicht mehr erforderlich, wenn 1. wie bereits erwähnt, am Meßpunkt 7 alle Lasergeräte auf gleiche Spannungsänderung eingestellt sind und 2. die Empfindlichkeiten der Anzeigen identisch sind mit der bei der Hetorodynmessung am Probelaser ermittelten.

Claims (2)

1. Verfahren zur quantitativen Anzeige von Frequenzschwankungen, speziell stabilisierter Zwei-Moden-Innenspiegellaser während eines Meßeinsatzes unter Verwendung des optischen Heterodynmeßverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtintensität eines Modes eines zu prüfenden Lasers während eines Modendurchlaufes in eine Spannung gewandelt und deren Maximalwert einer für alle zu prüfenden Laser gleich großen Größe angepaßt wird, daß diese angepaßte Spannung über einen Differenzverstärker mit einer konstanten Referenzspannung verknüpft wird, daß die so gebildete Differenzspannung auf einen für alle zu prüfenden Laser gleichen Ainplitudenwert normiert wird, daß die normierte Spannung einer Frequenzschwankungsanzeige zugeführt wird und daß beim ersten Verfahrensdurchlauf mittels des Heterodynmeßverfahrens die der Änderung der normierten Spannung zugehörige Frequenzänderung bestimmt und daraus abgeleitet die Empfindlichkeit der Frequenzschwankungsanzeige eingestellt wird.
2. Anordnung zur quantitativen Anzeige von Frequenzschwankungen, speziell stabilisierter Zwei-Moden-Innenspiegellaser mit einem Polarisationsfilter (8), einer Photodiode (15), einem Strom-Spannungs-Wandler (9), einem Referenzsignalbildner (17) und einem Differenzverstärker (10), gekennzeichnet dadurch, daß der Strom-Spannungs-Wandler (9) einen Regler (1) aufweist und dem Differenzverstärker (10) ein Normierverstärker (12) und eine Frequenzschwankungsanzeige (13) mit einem Empfindlichkeitsregler (3) nachgeordnet sind.
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FR9008677A FR2649547A1 (fr) 1989-07-10 1990-07-09 Procede pour l'affichage quantitatif des variations de frequence de lasers a miroir interieur a deux modes, specialement stabilises
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