RU2210847C1 - Radiation frequency stabilized laser - Google Patents
Radiation frequency stabilized laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2210847C1 RU2210847C1 RU2001135661/28A RU2001135661A RU2210847C1 RU 2210847 C1 RU2210847 C1 RU 2210847C1 RU 2001135661/28 A RU2001135661/28 A RU 2001135661/28A RU 2001135661 A RU2001135661 A RU 2001135661A RU 2210847 C1 RU2210847 C1 RU 2210847C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- interferometer
- frequency
- photodetector
- laser
- corrector
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при создании стабилизированных по частоте излучения лазеров, которые, в свою очередь, могут применяться в различных областях промышленности для лазерной спектроскопии, метрологии, локации и др. The invention relates to laser technology and can be used to create frequency-stabilized lasers, which, in turn, can be used in various industries for laser spectroscopy, metrology, location, etc.
Известен стабилизированный по частоте излучения лазер, содержащий опорный оптический квантовый генератор, на выходе которого помещен дискриминатор отклонения частоты в виде настраиваемого высокодобротного интерферометра, полость между зеркалами которого заполнена веществом, обладающим нелинейным поглощением на частоте опорного излучения, оптическую схему согласования резонаторов опорного генератора и интерферометра, оптический изолятор и средство автоподстройки частоты. Частота лазера стабилизируется по резонансу насыщенного поглощения, возникающему в поле стоячей волны в интерферометре [Daussy С., Ducos F., Rovera G.D. and Acef O., "Performances of OsO4 stabilized lasers as optical frequency standards near 29 THz". IEEE Trans. on Ultrasonic, Ferroelectric, and Frequency Control, 47 (2000) pp. 518-521] . Достижение максимальных характеристик стабильности такого лазера связано с увеличением добротности интерферометра, которая обеспечивается использованием уникальных зеркал с высокими коэффициентами отражения и предельно малыми потерями на рассеяние, поглощение и т.д. Однако при этом усложняется процесс регистрации оптических резонансов на выходе интерферометра и их использование для стабилизации частоты лазера из-за уменьшения их интенсивности, и повышается стоимость лазера.A known frequency-stabilized laser containing a reference optical quantum generator, at the output of which there is a frequency deviation discriminator in the form of a tunable high-Q interferometer, the cavity between the mirrors of which is filled with a substance having nonlinear absorption at the frequency of the reference radiation, an optical matching circuit of the resonators of the reference generator and interferometer, optical isolator and means of automatic frequency control. The laser frequency is stabilized by the saturated absorption resonance arising in the standing wave field in the interferometer [Daussy C., Ducos F., Rovera GD and Acef O., "Performances of OsO 4 stabilized lasers as optical frequency standards near 29 THz". IEEE Trans. on Ultrasonic, Ferroelectric, and Frequency Control, 47 (2000) pp. 518-521]. The achievement of the maximum stability characteristics of such a laser is associated with an increase in the quality factor of the interferometer, which is ensured by the use of unique mirrors with high reflection coefficients and extremely small losses due to scattering, absorption, etc. However, this complicates the process of recording optical resonances at the output of the interferometer and their use to stabilize the laser frequency due to a decrease in their intensity, and the cost of the laser increases.
Известен также стабилизированный по частоте лазер, содержащий опорный оптический квантовый генератор, дискриминатор отклонения частоты в виде настраиваемого интерферометра, содержащего ячейку со средой, имеющей нелинейное поглощение на частоте опорного генератора и оптический квантовый усилитель; оптическую схему согласования резонаторов генератора и интерферометра, оптический изолятор, фотоприемник и средство автоподстройки частоты [Патент РФ 2073949, МПК Н 01 S 3/13, Б.И. 5, 20.02.97]. Наличие оптического квантового усилителя внутри интерферометра обеспечивает высокую добротность последнего, снижает требования к качеству зеркал, образующих интерферометр. При этом на порядок повышается амплитуда оптических резонансов на выходе такого интерферометра по сравнению с системой, описанной выше, что дает потенциальную возможность достигать более высоких значений стабильности частоты. Однако у данного лазера не реализуется одновременно кратковременная и долговременная стабильность частоты излучения, так как он имеет только одно кольцо стабилизации. Этот лазер по наибольшему количеству сходных с предлагаемым лазером признаков принят за прототип изобретения. Also known is a frequency-stabilized laser containing a reference optical quantum generator, a frequency deviation discriminator in the form of a tunable interferometer containing a cell with a medium having nonlinear absorption at a frequency of a reference generator and an optical quantum amplifier; an optical matching circuit of the resonators of the generator and the interferometer, an optical isolator, a photodetector and a means of automatic frequency control [RF Patent 2073949, IPC N 01 S 3/13, B.I. 5, 02.20.97]. The presence of an optical quantum amplifier inside the interferometer provides a high quality factor of the latter, reduces the quality requirements of the mirrors forming the interferometer. In this case, the amplitude of optical resonances at the output of such an interferometer increases by an order of magnitude compared with the system described above, which gives the potential to achieve higher values of frequency stability. However, this laser does not realize both short-term and long-term stability of the radiation frequency, since it has only one stabilization ring. This laser is the most similar to the proposed laser features adopted as a prototype of the invention.
В основу изобретения положена задача создания стабилизированного по частоте излучения лазера, у которого одновременно обеспечивается как кратковременная, так и долговременная стабильность частоты излучения. The basis of the invention is the creation of a frequency-stabilized laser, which simultaneously provides both short-term and long-term stability of the radiation frequency.
Поставленная задача решается тем, что предлагается стабилизированный по частоте лазер, включающий: опорный оптический квантовый генератор, каждое зеркало резонатора которого снабжено пьезокорректором, и содержащий внутрирезонаторную поглощающую ячейку; дискриминатор отклонения частоты в виде интерферометра, каждое зеркало которого снабжено пьезокорректором, содержащий внутри поглощающую ячейку, насыщающуюся на частоте упомянутого опорного квантового генератора, и квантовый усилитель, а также оптическую схему согласования резонаторов названных опорного квантового генератора и интерферометра; первый фотоприемник, принимающий излучение интерферометра, первое средство автоподстройки частоты генератора, связанное с первым фотоприемником; второй фотоприемник, принимающий излучение опорного квантового генератора, и второе средство автоподстройки частоты, связанное со вторым фотоприемником и пьезокорректором зеркала резонатора квантового опорного генератора; и третье средство автоподстройки частоты, связанное с первым фотоприемником и пьезокорректором зеркала резонатора интерферометра; при этом первое средство автоподстройки частоты связано также со вторым средством автоподстройки частоты. The problem is solved in that a frequency-stabilized laser is proposed, including: a reference optical quantum generator, each resonator mirror of which is equipped with a piezoelectric corrector, and containing an intracavity absorbing cell; a frequency deviation discriminator in the form of an interferometer, each mirror of which is equipped with a piezoelectric corrector, containing inside an absorbing cell saturated at the frequency of the reference quantum generator, and a quantum amplifier, as well as an optical matching circuit of the resonators of the reference quantum generator and interferometer; a first photodetector receiving radiation from the interferometer; a first means for automatically adjusting the frequency of the generator associated with the first photodetector; a second photodetector receiving radiation of the reference quantum generator, and second means for frequency self-tuning associated with the second photodetector and piezo corrector of the resonator mirror of the quantum reference generator; and third frequency locking means associated with the first photodetector and piezocorrector of the mirror of the resonator of the interferometer; however, the first means of auto-tuning the frequency is also associated with the second means of auto-tuning the frequency.
Схема предлагаемого лазера приведена на чертеже. A diagram of the proposed laser is shown in the drawing.
Устройство содержит опорный оптический квантовый генератор 1, состоящий из оптического квантового усилителя 3 и ячейки 4 со средой, обладающей нелинейным поглощением на частоте опорного генератора 1, и зеркал 7 и 8, установленных на пьезокорректоры, которые выполняются в виде пьезокерамических пакетов; дискриминатор отклонения частоты 2 в виде настраиваемого интерферометра типа Фабри-Перо, образованного зеркалами 9 и 10, установленными на пьезокорректоры, и содержащего ячейку 5 со средой, обладающей нелинейным поглощением на частоте опорного генератора 1, и оптический квантовый усилитель 6; второй фотоприемник 11, связанный со вторым средством автоподстройки частоты 12; схему согласования 13 резонаторов генератора 1 и интерферометра 2, состоящую из зеркал 14, 15; оптический изолятор 16; первый фотоприемник 17, связанный с третьим и первым средствами автоподстройки частоты 18 и 19 соответственно; и полупрозрачное зеркало 20. The device comprises a reference optical quantum generator 1, consisting of an optical quantum amplifier 3 and a cell 4 with a medium having nonlinear absorption at the frequency of the reference generator 1, and mirrors 7 and 8 mounted on piezoelectric correctors, which are made in the form of piezoceramic packets; frequency deviation discriminator 2 in the form of a customizable Fabry-Perot-type interferometer formed by mirrors 9 and 10 mounted on piezoelectric correctors and containing a cell 5 with a medium having nonlinear absorption at the frequency of the reference oscillator 1, and an optical quantum amplifier 6; a second photodetector 11 associated with the second frequency lock means 12; a matching circuit 13 of the resonators of the generator 1 and the interferometer 2, consisting of mirrors 14, 15; optical isolator 16; the first photodetector 17 associated with the third and first means of auto-tuning the frequencies 18 and 19, respectively; and translucent mirror 20.
Средства автоподстройки частоты 12, 18, 19 представляют собой экстремальные системы регулирования, использующие пробный модулирующий сигнал и выполняются стандартными, например, как описано в статье В.Г. Гольдорт, А.Э. Ом "Электронный блок системы стабилизации частоты лазера". Приборы и техника эксперимента, 3, 1980, с.190-193. Auto-tuning means of frequency 12, 18, 19 are extreme control systems that use a test modulating signal and are standard, for example, as described in the article by V.G. Goldort, A.E. Ohm "The electronic unit of the laser frequency stabilization system." Instruments and experimental technique, 3, 1980, pp. 190-193.
Лазер работает следующим образом. The laser operates as follows.
Из-за насыщения поглотителя 4 в мощности излучения генератора 1, попадающего на второй фотоприемник 11, возникает резонанс насыщенного поглощения. Второе средство автоподстройки частоты 12 формирует пробный модуляционный сигнал и осуществляет подстройку частоты опорного квантового генератора на вершину такого резонанса. Это осуществляется стандартным методом - подачей соответствующего корректирующего напряжения на пьезокорректор зеркала 8 для приведения к минимуму первой/третьей гармоники пробного модуляционного сигнала, регистрируемой на втором фотоприемнике 11. Давление поглотителя 4 и режим работы опорного квантового генератора 1 выбираются таким образом, чтобы обеспечить ширину линии его излучения на уровне нескольких Гц и меньше. Ширина резонанса поглощения при этом может составлять порядка 100 кГц. Далее излучение опорного квантового генератора 1, пройдя оптическую схему согласования 13, попадает в интерферометр 2. Оптический изолятор 16 исключает влияние оптической обратной связи от зеркал интерферометра 2 на работу генератора 1. Из интерферометра излучение попадает на первый фотоприемник 17, сигнал от которого поступает в третье и первое средства автоподстройки 18 и 19 соответственно. Due to the saturation of the absorber 4 in the radiation power of the generator 1, incident on the second photodetector 11, a resonance of saturated absorption occurs. The second frequency auto-tuning means 12 generates a test modulation signal and adjusts the frequency of the reference quantum generator to the top of such a resonance. This is carried out by the standard method — by applying the appropriate correction voltage to the piezoelectric corrector of mirror 8 to minimize the first / third harmonic of the test modulation signal recorded at the second photodetector 11. The pressure of the absorber 4 and the operating mode of the reference quantum generator 1 are selected so as to ensure its line width radiation at the level of several Hz or less. The width of the absorption resonance in this case can be of the order of 100 kHz. Next, the radiation of the reference quantum generator 1, passing through the optical matching circuit 13, enters the interferometer 2. The optical isolator 16 eliminates the influence of the optical feedback from the mirrors of the interferometer 2 on the operation of the generator 1. From the interferometer, the radiation enters the first photodetector 17, the signal from which comes in the third and the first auto-tuning means are 18 and 19, respectively.
Роль усилителя 6 в интерферометре 2 сводится к компенсации диссипативных потерь в полости интерферометра с тем, чтобы максимально сузить его контур пропускания и тем самым обеспечить его предельную добротность. Третье средство автоподстройки частоты 18, связанное с первым фотоприемником 17, стабилизирует длину интерферометра так, чтобы максимум его пропускания всегда совпадал с частотой излучения опорного генератора 1. The role of the amplifier 6 in the interferometer 2 is to compensate for the dissipative losses in the cavity of the interferometer in order to narrow its transmittance as much as possible and thereby ensure its maximum quality factor. The third frequency-locking device 18, connected with the first photodetector 17, stabilizes the length of the interferometer so that its maximum transmission always coincides with the radiation frequency of the reference generator 1.
Давление поглотителя 5, как правило, выбирается на один - два порядка ниже чем давление поглотителя 4. При этом в соответствующее число раз уменьшается ширина резонанса насыщения поглощения, регистрируемого в мощности излучения на выходе интерферометра и увеличивается точность настройки частоты излучения к центру линии поглощения. Сигнал отстройки частоты опорного генератора 1 от максимума этого резонанса регистрируется на первом фотоприемнике 17 и поступает на первое средство автоподстройки частоты 19, которое вырабатывает соответствующее корректирующее напряжение и смещает "нуль" синхронного детектора, входящего в состав второго средства автоподстройки частоты 12, осуществляя таким образом более точную подстройку частоты опорного генератора 1 к максимуму более узкого резонанса насыщенного поглощения в интерферометре. The pressure of the absorber 5, as a rule, is selected one to two orders of magnitude lower than the pressure of the absorber 4. In this case, the width of the absorption saturation resonance recorded in the radiation power at the output of the interferometer decreases by a corresponding number of times and the accuracy of tuning the radiation frequency to the center of the absorption line increases. The frequency tuning signal of the reference oscillator 1 from the maximum of this resonance is recorded on the first photodetector 17 and is supplied to the first frequency lock means 19, which generates the corresponding correction voltage and biases the “zero” synchronous detector included in the second frequency lock means 12, thus making more exact adjustment of the frequency of the reference oscillator 1 to the maximum of a narrower resonance of saturated absorption in the interferometer.
Соответствующий пробный модуляционный сигнал, обеспечивающий получение сигнала расстройки частоты опорного генератора 1 относительно центра резонанса поглощения в интерферометре, при этом может подаваться либо на дополнительный амплитудный или фазовый модулятор, который может быть установлен перед интерферометром, либо непосредственно на пьезокорректор опорного генератора 1 дополнительно к пробному модуляционному сигналу, формируемому вторым средством автоподстройки частоты 12. The corresponding test modulation signal, which provides a frequency mismatch signal of the reference oscillator 1 relative to the center of the absorption resonance in the interferometer, can be supplied either to an additional amplitude or phase modulator, which can be installed in front of the interferometer, or directly to the piezo corrector of the reference generator 1 in addition to the test modulation the signal generated by the second means of automatic frequency control 12.
Полупрозрачное зеркало 20 предназначено для вывода стабилизированного излучения. Для повышения мощности и устранения модуляционных составляющих выходного излучения рекомендуется дополнительно осуществить его гетеродинирование. The translucent mirror 20 is designed to output stabilized radiation. To increase the power and eliminate the modulation components of the output radiation, it is recommended to additionally carry out heterodyning.
Таким образом, третье средство автоподстройки частоты 18 стабилизирует длину интерферометра так, чтобы частота излучения опорного генератора всегда находилась в максимуме контура пропускания интерферометра. Второе средство автоподстройки 12 стабилизирует частоту излучения опорного квантового генератора по сигналу насыщенного поглощения, образующемуся в его внутренней поглощающей ячейке, обеспечивая тем самым кратковременную стабильность частоты устройства. А первое средство автоподстройки 19 стабилизирует частоту излучения опорного квантового генератора по сигналу насыщенного поглощения, образующемуся в поглотителе интерферометра, обеспечивая тем самым долговременную стабильность излучения устройства. Thus, the third frequency locking means 18 stabilizes the length of the interferometer so that the radiation frequency of the reference oscillator is always at the maximum of the transmission path of the interferometer. The second auto-tuning means 12 stabilizes the radiation frequency of the reference quantum generator by a saturated absorption signal generated in its internal absorption cell, thereby ensuring short-term frequency stability of the device. And the first auto-tuning means 19 stabilizes the radiation frequency of the reference quantum generator by the saturated absorption signal generated in the absorber of the interferometer, thereby ensuring long-term radiation stability of the device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001135661/28A RU2210847C1 (en) | 2001-12-24 | 2001-12-24 | Radiation frequency stabilized laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001135661/28A RU2210847C1 (en) | 2001-12-24 | 2001-12-24 | Radiation frequency stabilized laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2210847C1 true RU2210847C1 (en) | 2003-08-20 |
Family
ID=29246196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001135661/28A RU2210847C1 (en) | 2001-12-24 | 2001-12-24 | Radiation frequency stabilized laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2210847C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011049486A1 (en) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Фгуп "Вниифтри" | Phase-sensitive frequency stabilization of laser radiation |
-
2001
- 2001-12-24 RU RU2001135661/28A patent/RU2210847C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011049486A1 (en) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Фгуп "Вниифтри" | Phase-sensitive frequency stabilization of laser radiation |
| RU2445663C2 (en) * | 2009-10-19 | 2012-03-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Phase-sensitive method for frequency stabilisation of laser radiation and acoustooptic modulator for realising phase modulation of laser radiation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109616855B (en) | Quadruple frequency injection locking photoelectric oscillator | |
| Smith | A study of factors affecting the performance of continuously pumped doubly resonant optical parametric oscillator | |
| CA1303118C (en) | Wavelength stabilized light source | |
| CN110850703B (en) | High-stability optical frequency atomic clock based on double-frequency Faraday semiconductor laser | |
| CN109004499B (en) | Tunable microwave source | |
| US7026594B2 (en) | Method and device for producing radio frequency waves | |
| Schiller et al. | Subharmonic‐pumped continuous‐wave parametric oscillator | |
| US3537027A (en) | Frequency-stabilized single mode ring lasers | |
| Tamm | A tunable light source in the 370 nm range based on an optically stabilized, frequency-doubled semiconductor laser | |
| RU2210847C1 (en) | Radiation frequency stabilized laser | |
| Svelto et al. | Characterization of Yb–Er: glass lasers at 1.5 μm wavelength in terms of amplitude and frequency stability | |
| US5251229A (en) | Laser with reduced intensity fluctuations | |
| Bouchand et al. | Compact low-noise photonic microwave generation from commercial low-noise lasers | |
| Uetake et al. | Saturation spectroscopy of potassium for frequency stabilization of violet diode lasers | |
| WO2004107033A1 (en) | Frequency comb generator | |
| GB2602411A (en) | Method and apparatus for generating optical frequency comb | |
| RU2073949C1 (en) | Frequency-stabilized laser | |
| Bagnell et al. | Optoelectronic oscillator using an ultra-high finesse Fabry-Perot etalon as a photonic filter for low phase noise at high oscillating frequencies | |
| Camargo et al. | Tunable high-purity microwave signal generation from a dual-frequency VECSEL at 852 nm | |
| CN114336263B (en) | Raman light generation device and method for cold atom interferometer | |
| US20220393429A1 (en) | High power mmw synthesizer with truly continuous ultra wide bandwidth tuning range | |
| Svelto et al. | Frequency stability measurements of 1.5/spl mu/m erbium lasers locked to acetylene absorption lines | |
| JPH04100286A (en) | Optical frequency stabilized light source | |
| Kavaya et al. | Spectrophone stabilization and offset tuning of a carbon dioxide waveguide laser | |
| Zhang et al. | Wideband-tunable (2–22 GHz) Low-phase-noise (-120 dBc/Hz) Optoelectronic Oscillator Based on EML with RF-injection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031225 |