PL175589B1 - Układ stabilizacji częstotliwości promieniowania laserowego - Google Patents

Abstract

1. Układ stabilizacji częstotliwości promieniowania laserowego, w którym laser o regulowanej długości rezonatora umieszczonyjest we wzdłużnym stałympolumagnetycznym,znamiennytym, żeposiada komórkę (4) z ciekłym kryształem ferroelektrycznym stabilizowanym powierzchniowo,sterowaną przez podłączony do niej generator drgań prostokątnych (5), na wyjściu komórki (4) umieszczony jest polaryzator(6), a detektor promieniowania (7), usytuowany na drodzepromieniowaniawybiegającegozpolaryzatora (6), przyłączony jest, za pośrednictwemwzmacniacza selektywnego prądu zmiennego (8), dowejścia układudetekcjisynchronicznej (9), połączonego szeregowo z regulatorem proporcjonalno-całkującym (10), do którego podłączonyjest elementregulacjidługości rezonatoralasera (11), przyczymdo drugiegowejścia układu detekcji synchronicznej (9) podłączone jest wyjście generatora drgań prostokątnych (5), 'natomiast komórka (4) ma tak dobrane parametry, aby ciekły kryształ zamieniał promieniowanie spolaryzowane kołowo na promieniowanie spolaryzowane liniowo.

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ stabilizacji częstotliwości promieniowania laserowego przeznaczony zwłaszcza dla laserów gazowych, stosowanych w metrologii.

Znane są rozwiązania stabilizacji promieniowania światła laserowego oparte na zastosowaniu zewnętrznych obwodów ujemnego sprzężenia zwrotnego. Wykorzystuje się w nich zeemanowskie rozszczepienie linii widmowych i, realizowany przez układy optyczne, przestrzenny rozdział składowych spolaryzowanego promieniowania laserowego, który służy do wytwarzania sygnału błędu. Sygnału tego zużywa się do regulacji długości rezonatora lasera w ten sposób, aby zminimalizować sygnał błędu. Korekcyjna zmiana długości rezonatora dokonywana jest przez urządzenia, których działanie opiera się na elektrostrykcji lub rozszerzeniu termicznym.

W artykule zamieszczonym w czasopiśmie ”J. Quantum Ele^^t^ronic^^”, November 1968, Nr 11, str. 870-874 przedstawiony jest układ stabilizujący promieniowanie lasera molekularnego, w którym laser umieszczony jest we wzdłużnym stałym polu magnetycznym. Wyjściowe promieniowanie laserowe, rozszczepione wskutek zjawiska Zeemana, ma dwie składowe o przeciwnych względem siebie polaryzacjach kołowych. Układ optyczny, złożony z płytki ćwierćfalowej i płytki półfalowej, zamienia polaryzacje kołowe na liniowe o kierunkach wzajemnie prostopadłych, po czym rozdziela przestrzennie promieniowanie na dwie wiązki spolaryzowane liniowo o polaryzacjach wzajemnie prostopadłych. Wiązki kierowane są do detektorów. Sygnały wyjściowe z detektorów, odpowiadające natężeniom promieniowania obu wiązek, porównywane są we wzmacniaczu różnicowym, z którego różnicowy sygnał błędu, po wzmocnieniu we wzmacniaczu prądu stałego, doprowadzany jest do elementu piezoelektrycznego, regulującego długość rezonatora laserowego.

Układ stabilizacji w przedstawionej wersji charakteryzuje duża wrażliwość na dokładność zjustowania elementów optycznych, a wzmacniacz prądu stałego - na zakłócenia elektryczne i zmiany temperatury. Ze względu ' na rozrzuty czułości detektorów konieczna jest kompensacja w kanałach wzmocnienia obu detektorów.

175 589

Układ stabilizacji częstotliwości promieniowania laserowego, według wynalazku, posiada komórkę z ciekłym kryształem ferroelektrycznym stabilizowanym powierzchniowo, przez którą przepuszczana jest wiązka promieniowania laserowego. Laser umieszczonyjest we wzdłużnym stałym polu magnetycznym. Parametry komórki dobrane są tak, aby dla wykorzystywanej długości fali promieniowania laserowego spełniała ona rolę płytki ćwierćfalowej. Komórka podłączona jest do wyjścia generatora drgań prostokątnych, a na jej wyjściu umieszczony jest polaryzator. Na drodze promieniowania wychodzącego z polaryzatora usytuowany jest detektor promieniowania, który przyłączony jest, za pośrednictwem selektywnego wzmacniacza prądu zmiennego, do układu detekcji synchronicznej, połączonego szeregowo z układem regulacji proporcjonalno-całkującej. Do drugiego wejścia układu detekcji podłączone jest wyjście generatora drgań prostokątnych, sterującego komórką z ciekłym kryształem. Do układu regulacji proporcjonalno-całkującej podłączony jest element regulacji długości rezonatora lasera. Korzystne jest, aby elementem tym był grzejnik.

Zastosowanie ciekłego kryształu ferroelektrycznego stabilizowanego powierzchniowo umożliwia użycie selektywnego wzmacniacza prądu zmiennego, który zapewnia poziom wzmocnienia jednakowy dla promieniowania o obu kierunkach polaryzacji kołowej. Ponadto możliwe jest zastosowanie układu detekcji synchronicznej. Dzięki temu układ stabilizacji częstotliwości promieniowania laserowego jest bardziej odporny na zakłócenia termiczne i elektryczne. Ponadto można zastosować tańszy detektor o większym poziomie szumów. Korzystne jest również wyeliminowanie elementów optycznych ulegających rozjustowaniu na skutek drgań mechanicznych i wahań temperatury.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, odtworzony jest na rysunku, przedstawiającym schemat układu stabilizacji częstotliwości promieniowania laserowego.

Laser 1 umieszczony jest we wzdłużnym polu magnetycznym magnesu stałego 2. Wydzielona przez zwierciadło półprzepuszczalne 3 wiązka promieniowania laserowego przechodzi przez komórkę 4 z ciekłym kryształem ferromagnetycznym stabilizowanym powierzchniowo. Parametry komórki dobrane są w ten sposób, aby mogła ona zamieniać polaryzacje kołowe lewo- i prawoskrętną składowych promieniowania padającego na jej powierzchnię, na polaryzacje liniowe wzajemnie prostopadłe. Komórka 4 sterowana jest przez generator drgań prostokątnych 5. Na wyjściu komórki 4 umieszczony jest polaryzator 6, za nim detektor promieniowania 7, przyłączony za pośrednictwem wzmacniacza selektywnego prądu zmiennego 8 do układu detekcji synchronicznej 9. Do drugiego wejścia układu detekcji 9 podłączone jest wyjście generatora drgań prostokątnych 4. Z układem tym połączony jest szeregowo regulator proporcjonalno-całkujący 10, do którego podłączony jest grzejnik, użyty w charakterze elementu regulacji częstotliwości promieniowania lasera 11.

Zadaniem komórki 4 zawierającej ciekły kryształ ferroelektryczny stabilizowany powierzchniowo jest zamiana typu polaryzacji z kołowej na liniową oraz cykliczny obrót polaryzacji promieniowania wyj ściowego o 90°, co jest realizowane poprzez podawanie na nią sygnału sterującego z generatora drgań prostokątnych 5. Promieniowanie przepuszczone przez komórkę 4 i przefiltrowane w polaryzatorze 6, doprowadzane jest następnie do detektora 7, wytwarzającego sygnał pomiarowy. Po wzmocnieniu w selektywnym wzmacniaczu prądu zmiennego 8 sygnał pomiarowy jest przetwarzany w układzie detekcji synchronicznej 9. Sygnałem odniesienia dla układu 9 jest sygnał z generatora 5, sterujący jednocześnie komórką 4. Wychodzący z układu detekcji synchronicznej sygnał błędu steruje regulatorem proporcjonalno-całkującym 10, regulującym z kolei moc dostarczaną do grzejnika 11, służącego do korygowania długości rezonatora lasera 1. Otrzymuje się w ten sposób korekcję częstotliwości promieniowania laserowego.

175 589

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ stabilizacji częstotliwości promieniowania laserowego, w którym laser o regulowanej długości rezonatora umieszczony jest we wzdłużnym stałym polu magnetycznym, znamienny tym, że posiada komórkę (4) z ciekłym kryształem ferroelektrycznym stabilizowanym powierzchniowo, sterowaną przez podłączony do niej generator drgań prostokątnych (5), na wyjściu komórki (4) umieszczony jest polaryzator (6), a detektor promieniowania (7), usytuowany na drodze promieniowania wybiegającego z polaryzatora (6), przyłączony jest, za pośrednictwem wzmacniacza selektywnego prądu zmiennego (8), do wejścia układu detekcji synchronicznej (9), połączonego szeregowo z regulatorem proporcjonalno-całkującym (10), do którego podłączony jest element regulacji długości rezonatora lasera (11), przy czym do drugiego wejścia układu detekcji synchronicznej (9) podłączone jest wyjście generatora drgań prostokątnych (5), natomiast komórka (4) ma tak dobrane parametry, aby ciekły kryształ zamieniał promieniowanie spolaryzowane kołowo na promieniowanie spolaryzowane liniowo.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że elementem regulacji długości rezonatora lasera (10) jest grzejnik.