RU2055431C1 - Stabilizer of frequency of lasers - Google Patents

Stabilizer of frequency of lasers Download PDF

Info

Publication number
RU2055431C1
RU2055431C1 SU5043873A RU2055431C1 RU 2055431 C1 RU2055431 C1 RU 2055431C1 SU 5043873 A SU5043873 A SU 5043873A RU 2055431 C1 RU2055431 C1 RU 2055431C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lasers
frequency
anisotropic optical
optical resonator
phase plate
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.В. Кравцов
Original Assignee
Кравцов Николай Владимирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кравцов Николай Владимирович filed Critical Кравцов Николай Владимирович
Priority to SU5043873 priority Critical patent/RU2055431C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2055431C1 publication Critical patent/RU2055431C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: laser equipment. SUBSTANCE: for increase of stability of frequency of oscillations and for narrowing of their spectrum device is inserted with two chip lasers with semiconductor pumping which has mutually orthogonal radiation polarizations. Reference anisotropic optical resonator equivalent to phase plate is used as external standard for both lasers. Second phase plate providing for time delay is placed ahead of mixer in path of one of beams. EFFECT: increased stability of frequency of oscillations. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в связи, метрологии и измерительной технике. The invention relates to laser technology and can be used in communications, metrology and measurement technology.

Самым простым устройством, позволяющим генерировать электрические колебания радио- и СВЧ-диапазона и основанным на использовании лазера, является устройство, в котором выделяется разностная частота двух одновременно генерирующих мод лазера [1]
Однако такое устройство, несмотря на свою простоту, не получило распространения ввиду невысокой стабильности частоты генерируемого сигнала из-за конкурентного взаимодействия генерирующих мод в активной среде лазера.The simplest device that allows you to generate electrical oscillations of the radio and microwave ranges and is based on the use of a laser is a device in which the difference frequency of two simultaneously generating laser modes is allocated [1]
However, such a device, despite its simplicity, did not gain distribution due to the low frequency stability of the generated signal due to the competitive interaction of the generating modes in the active medium of the laser.

Получение более высокой стабильности генерации колебаний в радио- и СВЧ-диапазоне можно ожидать, если использовать излучение высокостабильного одночастотного лазера (см. например, [2]). A higher stability of oscillation generation in the radio and microwave ranges can be expected if radiation from a highly stable single-frequency laser is used (see, for example, [2]).

Однако получение долговрменной высокой стабильности с помощью такого устройства затруднено ввиду относительного дрейфа частот используемых (даже высокостабильных) лазеров. However, obtaining long-term high stability using such a device is difficult due to the relative frequency drift of the used (even highly stable) lasers.

Технической задачей изобретения является повышение стабильности частоты электрических колебаний и сужение их спектра. An object of the invention is to increase the stability of the frequency of electrical oscillations and narrowing their spectrum.

Указанная задача достигается тем, что в устройство стабилизации частоты лазеров, основанное на выделении разностной частоты двух источников излучения и содержащее два стабилизированных по внешнему эталону лазера и смесительный элемент, входят два чип-лазера с полупроводниковой накачкой, обладающих взаимно ортогональными поляризациями излучения, при этом в качестве внешнего эталона для обоих лазеров используется один опорный анизотропный оптический резонатор, эквивалентный фазовой пластинке толщиной l, перед смесителем на пути одного из лучей расположена вторая фазовая пластинка, обеспечивающая фазовую задержку оптического сигнала на π/2, причем величина I выбирается из условия
l

Figure 00000001
где f генерируемая частота; n1 и n2 показатели преломления для изучения с ортогональными поляризациями на длине волны генерации лазеров; с скорость света; k целое число.This task is achieved by the fact that the laser frequency stabilization device, based on the separation of the difference frequency of two radiation sources and containing two laser stabilized by an external standard and a mixing element, includes two semiconductor-pumped chip lasers with mutually orthogonal radiation polarizations, while as an external standard for both lasers, one reference anisotropic optical resonator is used, equivalent to a phase plate of thickness l, in front of the mixer, one of rays is a second phase plate providing a phase delay of an optical signal at π / 2, the value of I is chosen from the condition
l
Figure 00000001
where f is the generated frequency; n 1 and n 2 refractive indices for studying with orthogonal polarizations at the laser generation wavelength; with the speed of light; k is an integer.

Указанная задача достигается в результате того, что опорный анизотропный резонатор выполнен кольцевым в виде моноблока, а также в результате выполнения опорного анизотропного резонатора в виде эталона Фабри-Перо из анизотропного оптического элемента и, кроме того, в результате выполнения анизотропного оптического резонатора в виде эталона Фабри-Перо из гиротропного оптического элемента, помещенного в магнитное поле. Анизотропный оптический резонатор может быть выполнен в виде интерферометра Фабри-Перо, внутрь которого помещена фазовая пластинка. This problem is achieved as a result of the fact that the reference anisotropic resonator is made circular in the form of a monoblock, as well as as a result of making the reference anisotropic resonator in the form of a Fabry-Perot reference from an anisotropic optical element and, in addition, as a result of making the anisotropic optical resonator in the form of a Fabry standard - A pen from a gyrotropic optical element placed in a magnetic field. The anisotropic optical resonator can be made in the form of a Fabry-Perot interferometer, inside of which a phase plate is placed.

На чертеже показана принципиальная схема устройства стабилизации частоты лазеров, где 1 и 2 высокостабильные чип-лазеры, 3 и 4 источники полупроводниковой накачки, 5 анизотропный оптический резонатор, 6 фазовая пластина, 7 нелинейный элемент для выделения разностного сигнала, 8 зеркала, 9, 10 и 11- полупрозрачные пластины, 12 выходной сигнал. The drawing shows a schematic diagram of a laser frequency stabilization device, where 1 and 2 are highly stable chip lasers, 3 and 4 semiconductor pump sources, 5 anisotropic optical resonator, 6 phase plate, 7 nonlinear element for extracting the difference signal, 8 mirrors, 9, 10 and 11- translucent plates, 12 output signal.

Принцип действия устройства заключается в следующем. The principle of operation of the device is as follows.

Излучение двух высокостабильных чип-лазеров 1 и 2 с помощью зеркала 9 и полупрозрачной пластины 11 направляется на смесительный элемент 7, позволяющий выделить разностную частоту, которая и является выходным сигналом. The radiation of two highly stable chip lasers 1 and 2 using a mirror 9 and a translucent plate 11 is sent to the mixing element 7, which allows you to select the difference frequency, which is the output signal.

Каждый из используемых чип-лазеров стабилизируется по опорному анизотропному оптическому резонатору 5, для чего используются цепи обратной связи, состоящие из полупрозрачного зеркала 9 и 11, опорного анизотропного оптического резонатора 5, элемента 17 для разделения ортогональных поляризаций, фотоприемника 15 и 16, усилителя 18 и 19 и системы 13 и 14 подстройки частоты чип-лазера. Поскольку излучения чип-лазеров 1 и 2 ортогонально поляризованы, то подстройка частоты каждого лазера к частоте анизотропного оптического резонатора 5 производится независимо. Подробно схема стабилизации чип-лазеров по внешнему эталону описана в [2] Вследствие того, что излучения используемых лазеров поляризованы ортогонально, а в качестве опорного элемента используется анизотропный оптический резонатор 5, эквивалентный фазовой пластине толщиной с различной эффективной (вследствие оптической анизотропии) длиной для используемых чип-лазеров 1 и 2, то соответственно частоты последних различаются на величину, определяемую значением l. Проведенные эксперименты по точности привязки частоты излучения чип-лазера к опорному генератору показывают, что эта точность привязки меньше 1 Гц [2] Поэтому рассматриваемое устройство должно обеспечить стабильность разностной частоты, лежащей в радио- и СВЧ-диапазоне, лучшую чем 1 Гц, а следовательно, относительная стабильность такого устройства может достигать порядка 10-10 и выше.Each of the chip lasers used is stabilized by a reference anisotropic optical resonator 5, for which feedback circuits are used, consisting of a translucent mirror 9 and 11, a reference anisotropic optical resonator 5, an element 17 for separating orthogonal polarizations, a photodetector 15 and 16, an amplifier 18 and 19 and chip laser frequency tuning systems 13 and 14. Since the radiation of chip lasers 1 and 2 is orthogonally polarized, the frequency of each laser is adjusted to the frequency of the anisotropic optical resonator 5 independently. The stabilization scheme of chip lasers according to an external standard is described in detail in [2] Due to the fact that the radiation of the used lasers is polarized orthogonally, and an anisotropic optical resonator 5 is used as a reference element, it is equivalent to a phase plate with a thickness with different effective (due to optical anisotropy) lengths for used chip lasers 1 and 2, then, respectively, the frequencies of the latter differ by an amount determined by the value of l. The experiments on the accuracy of the binding of the frequency of the radiation of the chip laser to the reference generator show that this accuracy of the binding is less than 1 Hz [2] Therefore, the device in question should ensure the stability of the difference frequency lying in the radio and microwave range, better than 1 Hz, and therefore , the relative stability of such a device can reach about 10 -10 and higher.

Очевидно, что в качестве опорного анизотропного оптического резонатора может использоваться кольцевой резонатор в виде чипа, анизотропный эталон Фабри-Перо, эталон Фабри-Перо, выполненный из гиротропного элемента и помещенный в магнитное поле, а также интерферометр Фабри-Перо с фазовой пластинкой внутри. Принцип действия этих устройств не отличается от рассмотренного за исключением того, что при реализации устройства по п.4 излучения чип-лазеров должны иметь ортогональные круговые поляризации. It is obvious that a ring resonator in the form of a chip, an anisotropic Fabry-Perot etalon made of a gyrotropic element and placed in a magnetic field, and also a Fabry-Perot interferometer with a phase plate inside can be used as a reference anisotropic optical resonator. The principle of operation of these devices does not differ from that considered except that when implementing the device according to claim 4, the radiation of the chip lasers must have orthogonal circular polarizations.

Таким образом, предложенное устройство превосходит по стабильности прототип. Thus, the proposed device is superior in stability to the prototype.

Claims (5)

1. УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ЛАЗЕРОВ, включающее два лазера, систему подстройки их частот по внешнему эталону и смесительный элемент, отличающееся тем, что лазеры выполнены моноблочными и обладают взаимно ортогональными поляризациями излучения, в качестве внешнего эталона для обоих лазеров используется один опорный анизотропный оптический резонатор, эквивалентный фазовой пластинке толщиной l, перед смесительным элементом на пути одного из лучей расположена вторая фазовая пластинка, обеспечивающая фазовую задержку оптического сигнала, равную π/2, при этом величина l выбирается из условия
l = c (n1 - n2) k/f n1n2,
где f - генерируемая частота;
n1 и n2 - показатели преломления для излучения с ортогональными поляризациями на длине волны генерации лазеров;
c - скорость света;
k - целое число.1. DEVICE FOR STABILIZING THE FREQUENCY OF LASERS, including two lasers, a system for adjusting their frequencies according to an external standard and a mixing element, characterized in that the lasers are made monoblock and have mutually orthogonal polarization of radiation, one reference anisotropic optical resonator is used as an external standard for both lasers, equivalent to a phase plate of thickness l, in front of the mixing element, on the path of one of the beams, there is a second phase plate providing a phase delay of the optical Igna equal to π / 2, the value of l is selected from the condition
l = c (n 1 - n 2 ) k / fn 1 n 2 ,
where f is the generated frequency;
n 1 and n 2 are the refractive indices for radiation with orthogonal polarizations at the laser generation wavelength;
c is the speed of light;
k is an integer. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что анизотропный оптический резонатор выполнен кольцевым в виде моноблока. 2. The device according to claim 1, characterized in that the anisotropic optical resonator is made circular in the form of a monoblock. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опорный анизотропный оптический резонатор выполнен в виде эталона Фабри-Перо из анизотропного оптического элемента. 3. The device according to claim 1, characterized in that the reference anisotropic optical resonator is made in the form of a Fabry-Perot reference from an anisotropic optical element. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опорный анизотропный оптический резонатор выполнен в виде эталона Фабри-Перо из гиротропного оптического элемента и помещен в магнитное поле. 4. The device according to claim 1, characterized in that the reference anisotropic optical resonator is made in the form of a Fabry-Perot standard from a gyrotropic optical element and placed in a magnetic field. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опорный анизотропный оптический резонатор выполнен в виде интерферометра Фабри-Перо, внутрь которого помещена фазовая пластинка. 5. The device according to claim 1, characterized in that the reference anisotropic optical resonator is made in the form of a Fabry-Perot interferometer, into which a phase plate is placed.
SU5043873 1992-01-29 1992-01-29 Stabilizer of frequency of lasers RU2055431C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5043873 RU2055431C1 (en) 1992-01-29 1992-01-29 Stabilizer of frequency of lasers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5043873 RU2055431C1 (en) 1992-01-29 1992-01-29 Stabilizer of frequency of lasers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2055431C1 true RU2055431C1 (en) 1996-02-27

Family

ID=21605083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5043873 RU2055431C1 (en) 1992-01-29 1992-01-29 Stabilizer of frequency of lasers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2055431C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490788C1 (en) * 2012-09-06 2013-08-20 Олег Фёдорович Меньших System for automatic adjustment of frequency of scattered lasers
RU218563U1 (en) * 2022-10-28 2023-05-31 Общество с ограниченной ответственностью "Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий" Laser system for controlling optical qubits and qudits

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Григорьянц В.В. и др. Квантовые стандарты частоты. М.: Наука, 1968, с.10. *
2. Choemaher D. et al. Frequency stabilized laser-diode pupmped Nd-YA6 laser: Opt.Letters. v.14, N 12, 609-611, 1989. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490788C1 (en) * 2012-09-06 2013-08-20 Олег Фёдорович Меньших System for automatic adjustment of frequency of scattered lasers
RU218563U1 (en) * 2022-10-28 2023-05-31 Общество с ограниченной ответственностью "Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий" Laser system for controlling optical qubits and qudits

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3593189A (en) Frequency stabilization system
US3170122A (en) Frequency stabilized optical maser
CN110911963B (en) High-stability polarization spectrum frequency stabilizer
CN114122888A (en) Frequency-tunable and transportable frequency-stabilized laser system for optical clock
US3453557A (en) Laser stabilization apparatus
US20040021056A1 (en) Method and device for producing radio frequency waves
US5473626A (en) Two-axial-mode solid-state laser
RU2055431C1 (en) Stabilizer of frequency of lasers
US20040190907A1 (en) All-optical reference clock for generating stable RF comb spectrum
Takata et al. Current-feedback-stabilized laser system for quantum simulation experiments using Yb clock transition at 578 nm
US3537027A (en) Frequency-stabilized single mode ring lasers
US4791633A (en) Polarization feedback laser stabilization
US5586133A (en) Apparatus for increasing the frequency difference and stability of orthogonally polarized beams from a Zeeman split laser
Svelto et al. Characterization of Yb–Er: glass lasers at 1.5 μm wavelength in terms of amplitude and frequency stability
Celikov et al. Diode laser spectroscopy in a Ca atomic beam
US3641426A (en) Optical pumping magnetometers
CN113067244A (en) Laser frequency and power stabilizing system and atomic magnetometer comprising same
Cotxet et al. Progress on a Highly Compact Cesium CPT Clock Based on a Dual-Frequency VECSEL
CN218648328U (en) Laser frequency stabilizer and ion trap quantum computer
Bava et al. Frequency measurement of the 496 μm line of a CH3F FIR laser
Kolachevsky et al. Promising Quantum-Optical Technologies for Satellite Navigation Challenges
Savinov et al. Series of CPT Resonances with Multifrequency Pumping by a Diode Laser
Kurashima et al. Brillouin optical-fiber time domain reflectometry
JPS63189020A (en) Laser excitation type cesium atomic oscillator using optical frequency shifter
RU2343611C1 (en) STABILISED DOUBLE-MODE He-Ne/CH4 LASER