FR2969403A1 - Dispositif de commande de frequence de repetition - Google Patents

Dispositif de commande de frequence de repetition Download PDF

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Abstract

Dispositif de commande de fréquence de répétition 1 Il comprend un laser esclave 12 une unité de conversion photoélectrique esclave 16, un laser maître 23, une unité de conversion photoélectrique maître 26, une unité de modification de fréquence 28, un comparateur de phase 32 et un filtre de boucle 34. La fréquence de répétition du laser maître 23 ne subit pas de commande basée sur l'un ou les deux du signal électrique maître et du signal électrique esclave (état de fonctionnement libre).

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE DE FREQUENCEDE REPETITION
La présente invention concerne la commande de la 5 fréquence de répétition d'une impulsion de lumière laser.
Un système qui maintient constante une différence entre les fréquences de répétition de deux lasers en commandant de manière indépendante les fréquences de 10 répétition des deux lasers est connu de manière classique {voir par exemple la figure 18 et le paragraphe [0077] de brevet japonais n° 4565198).
Cependant, la commande indépendante des fréquences 15 de répétition des deux lasers augmente la complexité d'un système de commande. C'est donc un objet de la présente invention de rendre la différence entre les fréquences de répétition des deux lasers constante sans commander de manière 20 indépendante les fréquences de répétition des deux lasers. Selon la présente invention, un dispositif de commande de fréquence de répétition comprend : un laser esclave qui délivre une impulsion de lumière laser 25 esclave ; une unité de conversion photoélectrique esclave qui reçoit l'impulsion de lumière laser esclave et qui convertit l'impulsion de lumière laser esclave en un signal électrique esclave un laser maître qui délivre une impulsion de lumière laser maître ; une unité de 30 conversion photoélectrique maître qui reçoit l'impulsion de lumière laser maître et qui convertit l'impulsion de lumière laser maître en un signal électrique maître ; une unité de modification de fréquence qui modifie la fréquence de répétition du signal électrique maître d'une valeur prédéterminée ; un détecteur de différence de phase qui détecte une différence de phase entre le signal électrique esclave et la sortie de l'unité de modification de fréquence ; et un filtre de boucle qui élimine une composante haute fréquence d'une sortie du détecteur de différence de phase, dans lequel la fréquence de répétition du laser maître ne subit pas de commande basée sur l'un ou lep deux du signal électrique maîtré et du signal électrique esclave et la fréquence de répétition de l'impulsion de lumière laser esclave change en fonction d'une sortie du filtre de boucle.
Selon le dispositif de commande de fréquence de répétition ainsi construit, un laser esclave délivre une impulsion de lumière laser esclave. Une unité de conversion photoélectrique esclave reçoit l'impulsion de lumière laser esclave, et convertit l'impulsion de lumière laser esclave en un signal électrique esclave. Un laser maître délivre une impulsion de lumière laser maître. Une unité de conversion photoélectrique maître reçoit l'impulsion de lumière laser maître, et convertit l'impulsion de lumière laser maître en un signal électrique maître. Une unité de modification de fréquence modifie la fréquence de répétition du signal électrique maître d'une valeur prédéterminée. Un détecteur de différence de phase détecte une différence de phase entre le signal électrique esclave et la sortie de l'unité de modification de fréquence. Un filtre de boucle élimine une composante haute fréquence d'une sortie du détecteur de différence de phase. La fréquence de répétition du laser maître ne subit pas de commande basée sur l'un ou les deux du signal électrique maître et du signal électrique esclave. La fréquence de répétition de l'impulsion de lumière laser esclave change en fonction d'une sortie du filtre de boucle. Selon le dispositif de commande de fréquence de répétition de la présente invention, la longueur de résonateur du laser esclave peut changer en fonction de 30 la sortie du filtre de boucle. Selon le dispositif de commande de fréquence de répétition de la présente invention, le laser esclave peut comprendre un élément piézoélectrique ; la sortie du filtre de boucle peut être appliquée à l'élément 15 piézoélectrique ; et la longueur de résonateur du laser esclave peut être modifiée par extension et contraction de l'élément piézoélectrique.
La figure 1 est un schéma de principe montrant une 20 configuration d'un dispositif de commande de fréquence de répétition 1 selon le mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 2 est schéma de principe montrant une configuration de l'unité de modification de fréquence 28. 25 Une description va maintenant être donnée d'un mode de réalisation de la présente invention en faisant référence aux dessins. La figure 1 est un schéma de principe montrant une 30 configuration d'un dispositif de commande de fréquence de répétition 1 selon .le mode de réalisation de la présente invention. Le dispositif de commande de fréquence de répétition 1 selon le mode de réalisation de la présente invention comprend un laser esclave 12, un dispositif de commande de moteur 12m, un coupleur optique esclave 14, une photodiode (unité de conversion photoélectrique esclave) 16, un laser maître 23, un coupleur optique maître 24, une photodiode (unité de conversion, photoélectrique IO maître) 26, une unité de modification de fréquence 28, un comparateur de phase (détecteur de différence de phase) 32, un filtre de boucle 34 et un dispositif de commande d'élément piézoélectrique 36. Le laser esclave 12 délivre une impulsion de lumière 15 laser (appelée « impulsion de lumière laser esclave »). Il conviendrait de noter que la fréquence de répétition de l'impulsion de lumière laser esclave est d'environ 50 MHz, par exemple. Le laser esclave 12 comprend un élément 20 piézoélectrique 12p. L'élément piézoélectrique 12p s'étend et se contracte dans une direction X (direction horizontale sur la figure 1) en conséquence de l'application d'une tension d'une sortie du filtre de boucle 34 après amplification par le dispositif de 25 commande d'élément piézoélectrique 36. L'extension/contraction dans la direction X de l'élément piézoélectrique 12p modifie la longueur de résonateur laser du laser esclave 12. La modification de la longueur de résonateur laser modifie la fréquence de répétition de 30 l'impulsion de lumière laser esclave.
Le dispositif de commande de moteur 12m ajuste grossièrement la longueur de résonateur laser du laser esclave 12 en commandant un moteur pas à pas (non montré) dans le laser esclave 12. Une fois que l'ajustement par le dispositif de commande de moteur 12m est terminé, l'élément piézoélectrique 12p effectué un ajustement fin.. Le coupleur optique esclave 14 reçoit l'impulsion de lumière lase"r esclave délivrée par le laser esclave 12, et délivre l'impulsion de lumière laser esclave à la photodiode 16 et 'à' l'extérieur dans un rapport de puissance de 1:9, par exemple. La puissance optique de l'impulsion de lumière laser esclave appliquée à la photodiode 16 est ainsi égale à 10 % de la puissance optique de l'impulsion de lumière laser esclave délivrée par le laser esclave 12, par exemple. La photodiode (unité de conversion photoélectrique esclave) 16 reçoit l'impulsion de lumière laser esclave du coupleur optique esclave 14, et convertit l'impulsion de lumière laser esclave en un signal électrique (appelé « signal électrique esclave »). Le laser maître 23 délivre une impulsion de lumière laser (appelée « impulsion de lumière laser maître »). Il conviendrait de noter que la fréquence de répétition f1 de l'impulsion de lumière laser maître est d'environ 50 MHz, par exemple. De plus, la fréquence de répétition fl du laser maître 23 est ajustée à environ 50 MHz à l'avance avant que l'utilisation du dispositif de commande de fréquence de répétition 1 ne commence. Par exemple, une sortié d'un OCXO (oscillateur à quartz à enceinte à température régulée) (non montré) oscillant à 100 MHz divisée par deux et la sortie du laser maître 23 sont comparées l'une avec l'autre par un comparateur de phase (non montré), et la fréquence de répétition de la sortie du laser maître 23 est ajustée de sorte que les fréquences de répétition des deux soient à peu près identiques (diffèrent d'environ 10 Hz). L'ajustement de la fréquence de répétition de la sortie du laser maître 23 est réalisé en commandant le moteur pas à pas (non montré) dans le laser maître .23, ajustant de ce fait la longueur d'oscillateur laser. du laser maître 23. L'ajustement de la fréquence de répétition f1 du laser maître 23 est effectué pendant quelques secondes à un intervalle de quelques dizaines de minutes lorsque le dispositif de commande de fréquence de répétition 1 n'est pas utilisé. Le coupleur optique maître 24 reçoit l'impulsion de lumière laser maître délivrée par le laser maître 23, et délivre l'impulsion de lumière laser maître à la photodiode 24 et à l'extérieur dans un rapport de puissance de 1:9, par exemple. La puissance optique de l'impulsion de lumière laser maître appliquée à. la photodiode 24 est ainsi égale à 10 % de la puissance optique de l'impulsion de lumière laser maître sortie du laser maître 23, par exemple.
La photodiode (unité de conversion photoélectrique maître) 26 reçoit l'impulsion de lumière laser maître du coupleur optique maître 24, et convertit l'impulsion de lumière laser maître en un signal électrique (appelé « signal électrique maître »).
L'unité de modification de fréquence 28 modifie la fréquence de répétition f1 du signal électrique maître d'une valeur A (10 à 20 Hz, par exemple) prédéterminée. L'unité de modification de fréquence 28 modifie la fréquence de répétition f1 du signal électrique maître en f2 = fl - A, par exemple.
La figure 2 est un schéma de principe montrant une configuration de l'unité de modification de fréquence 28. L'unité de modification de fréquence 28 comprend un DDS 28a, un OCXO 28b, un comparateur de phase 28c et filtre de boucle 28d.
Le DDS (synthétiseur numérique direct) 28a reçoit le signal électrique maître (fréquence de répétition fi), et délivre le signal électrique maître (fréquence de répétition f2). L'OCXO 28b est un oscillateur à quartz à enceinte à température régulée, et la fréquence d'oscillation de celui-ci est d'environ 50 MHz. Le comparateur de phase 28c compare les phases de la sortie du DDS 28a et de la sortie de l'OCXO 28b, et détecte et délivre une différence de phase entre elles. Le filtre de boucle 28d élimine une composante haute fréquence de la sortie du comparateur de phase 28c. L'expression « éliminer » n'implique pas nécessairement uniquement une élimination complète, et un cas dans lequel la composante haute fréquence est légèrement laissée est également inclus .dans « éliminer ». Dans la section qui suit, « éliminer » a la même signification. Il conviendrait de noter que l'OCXO 28b reçoit une sortie (Vcont) du filtre de boucle 28d, et modifie la fréquence d'oscillation en fonction de Vcont. Il conviendrait de noter que l'OCXO 28b modifie la fréquence d'oscillation de sorte que la différence de. phase délivrée par le comparateur de phase 28c soit une valeur constante (telle que 0 degré, 90 degrés, ou -90 degrés). Par conséquent, le signal électrique maître (fréquence de répétition f2) est obtenu de l'OCXO 28b en tant que sortie de l'unité de m odification de fréquence 28. Le comparateur de phase (détecteur de différence de phase) 32 compare les phases du signal électrique esclave et de la sortie de l'unité de modification de fréquence 28 (signal électrique maître, fréquence de répétition f2) l'une avec l'autre, et détecte et délivre la différence de phase entre elles. Le filtre de boucle 34 élimine une composante haute fréquence de la sortie du comparateur de phase 32.
Le dispositif de commande d'élément piézoélectrique 36 est un amplificateur de puissance, par exemple, et amplifie la sortie du filtre de boucle 34. La sortie du dispositif de commande d'élément piézoélectrique 36 est appliquée â l'élément piézoélectrique 12p. Par conséquent, l'élément piézoélectrique 12p s'étend/se contracte dans la direction X. Il conviendrait de noter que l'élément piézoélectrique 12p est étendu/contracté de sorte que la différence de phase détectée par le comparateur de phase 32 soit une valeur constante (telle que 0 degré, 90 degrés, ou -90'degrés). Par conséquent, la fréquence de répétition de l'impulsion de lumière laser esclave peut être ajustée avec précision à la fréquence de répétition f2 (= fi - A). Il conviendrait de noter que la fréquence de répétition f1 du laser maître ne subit pas de commande basée sur l'un ou les deux du signal électrique maître et du signal électrique esclave. Autrement dit, le laser maître' 23 est dans un état de fonctionnement libre. Par conséquent, la fréquence de répétition fl du laser maître présente habituellement une fluctuation de fréquence de quelques dizaines de Hz pendant dix minutes. C'est en opposition avec le fait que la fréquence de répétition du laser esclave 12 subit la commande basée sur le signal électrique maître et le signal électrique esclave. Une description va maintenant être donnée d'un IO fonctionnement du mode de réalisation de la présente invention. D'abord, avant que l'utilisation du dispositif de commande de fréquence de répétition 1 ne débute,, la fréquence de répétition fl du laser maître 23 est ajustée 15 à environ 50 MHz à l'avance. A cette occasion, la fréquence de répétition du laser esclave 12 ne subit pas la commande basée sur l'un ou les deux du signal électrique maître et du signal électrique esclave. Autrement dit, le laser esclave 12 est dans un état de 20 fonctionnement libre. L'utilisation du dispositif de commande de fréquence de répétition 1 débute ensuite. Une partie de l'impulsion de lumière laser esclave délivrée par le laser esclave 12 est délivrée par le 25 coupleur optique esclave 14 à la photodiode 16, subit la conversion photoélectrique, devient lé signal électrique' esclave, et est appliquée au comparateur de phase 32. Une partie de l'impulsion de lumière laser maître (fréquence de répétition fl) délivrée par le laser maître 30 23 est délivrée par le coupleur optique maître 24 à la photodiode 26, subit la conversion photoélectrique, et devient le signal électrique maître. La fréquence de répétition du signal électrique maître est modifiée de fl en f2 = fi - A par l'unité de modification de fréquence 28, et le signal électrique maître est ensuite appliqué au comparateur de phase 32. Le comparateur de phase 32 compare la phase du signal électrique esclave et la phase de la sortie (signal électrique maître, fréquence de répétition f2) de l'unité de modification de fréquence 28 l'une avec l'autre, et détecte et délivre la différence de phase entre elles. La composante haute fréquence est éliminée de la sortie du comparateur de phase 3.2 par le filtre de boucle 34, et la sortie résultante est amplifiée par le dispositif de commande d'élément piézoélectrique 36, et est appliquée à l'élément piézoélectrique 12p. L'élément piézoélectrique 12p se contracte/s'étend de sorte que la différence de phase détectée par le comparateur de phase 32 ait une valeur constante (0 degré, 90 degrés, ou -90 degrés, par exemple). Par conséquent, la fréquence de répétition de l'impulsion de lumière laser esclave peut être ajustée avec précision à la fréquence de répétition f2 (= f1 - A) Selon le mode de réalisation de la présente invention, en commandant la fréquence de répétition du laser esclave 12, au lieu de commander de manière indépendante les fréquences de répétition des deux lasers (le laser maître 23 et le laser esclave 12), la différence de fréquence de répétition entre les deux lasers peut être constante (valeur prédéterminée A).
Il conviendrait de noter que l'impulsion de lumière laser maître (fréquence de répétition fi) et l'impulsion de lumière laser esclave (fréquence de répétition f2 (= fl A) peuvent être utilisées dans un dispositif de mesure en utilisant une lumière THz. Par exemple, l'impulsion de lumière laser maître est appliquée à un générateur de lumière THz (tel qu'un commutateur photoconducteur), générant de ce fait une lumière THz, et celui-ci rayonne la lumière THz sur un dispositif en cours de test. La lumière THz qui a été transmise à travers le dispositif en cours de test Ou qui a été réfléchie par le dispositif en cours de test est appliquée .à un détecteur de lumière THz (tel qu'un commutateur photoconducteur). A cette occasion, la lumière THz peut être détectée en appliquant l'impulsion de lumière laser esclave à un détecteur de lumière THz.15

Claims (3)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de commande de fréquence de répétition comprenant un laser esclave (12) qui délivre une impulsion de lumière laser esclave ; une unité de conversion photoélectrique esclave (.16) qui reçoit l'impulsion de lumière laser esclave, et convertit l'impulsion de lumière laser esclave en un signal électrique esclave ; un laser maître (23) qui délivre une impulsion de lumière laser maître ; une unité de conversion photoélectrique maître (26) qui reçoit l'impulsion de lumière laser maître, et convertit l'impulsion de lumière laser maître en un signal électrique maître ; une unité de modification de fréquence (28) qui modifie la fréquence de répétition du signal électrique maître d'une valeur prédéterminée ; un détecteur de différence de phase (32) qui détecte une différence de phase entre le signal électrique esclave et la sortie de l'unité de modification de fréquence ; et un filtre de boucle {34) qui élimine une composante 25 haute fréquence d'une sortie du détecteur de différence de phase, dans lequel : la fréquence de répétition du laser maître ne subit pas une commande basée sur l'un ou les deux du signal électrique maître et du signal électrique esclave ; etla fréquence de répétition de l'impulsion de lumière laser esclave change en fonction d'une sortie du filtre de boucle.
  2. 2. Dispositif de commande de fréquence de répétition selon la revendication 1, dans lequel la longueur de résonateur du laser esclave (12) change en fonction de la sortie du filtre de boucle (34).
  3. 3. Dispositif de commande de fréquence de répétition selon la revendication 2, dans lequel : 1 le laser esclave (12) comprend un élément piézoélectrique ; la sortie du filtre de boucle {34) est appliquée à l'élément piézoélectrique ; et la longueur de résonateur du laser esclave est 15 modifiée par l'extension et la contraction de l'élément piézoélectrique.
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