RU2444824C1 - Устройство управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера - Google Patents
Устройство управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444824C1 RU2444824C1 RU2010151685/28A RU2010151685A RU2444824C1 RU 2444824 C1 RU2444824 C1 RU 2444824C1 RU 2010151685/28 A RU2010151685/28 A RU 2010151685/28A RU 2010151685 A RU2010151685 A RU 2010151685A RU 2444824 C1 RU2444824 C1 RU 2444824C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- signal
- current source
- photodiode
- source
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
В устройстве формирователь импульсов подключен к дискриминатору нижнего уровня, соединенному с усилителем сигнала, который соединен с фотодиодом. При этом дискриминатор нижнего уровня также соединен с источником опорного сигнала, а источник опорного сигнала и усилитель сигнала с фотодиода соединены со схемой сравнения, подключенной ко второму усилителю. Вход запуска и источник разрядного тока соединены с формирователем импульсов. Токоограничивающий резистор подключен к управляемому источнику тока. Второй усилитель подключен к управляемому источнику тока, соединенному с разделительным конденсатором, подключенному также и к источнику разрядного тока. Разделительный конденсатор подключен к выходу устройства, а усилитель сигнала с фотодиода подключен к разделительному конденсатору. Технический результат заключается в увеличении устойчивости управления излучением, а также в увеличении быстродействия. 1 ил.
Description
Изобретение относится к импульсным твердотельным лазерам с электрооптической модуляцией добротности резонатора и может быть использовано для стабилизации энергии моноимпульсов лазерного излучения и получения импульсов излучения длительностью в десятки микросекунд.
Известен модулятор из двух усеченных призм из стекла марки ТБФ-10. Между большими основаниями призм образован зазор толщиной 0,2λ, где λ - длина волны излучения. На усеченных гранях каждой призмы размещены пьезопреобразователи, состоящие из трех одинаковых пьезопластин, электрически изолированных друг от друга с помощью прокладок и имеющих собственные электрические выводы. Пьезопластины изготовлены из пьезокерамики типа ЦТСНВ-1 толщиной 0,5 мм. К тыльной стороне пьезопреобразователей прикреплены согласователи.
При падении модулируемого светового потока на зазор под углом, большим угла полного внутреннего отражения, и при отсутствии управляющего напряжения на пьезопреобразователях происходит отражение от зазора в направлении луча (модулятор закрыт). Приложение импульсного напряжения к пьезопреобразователям вызывает упругую деформацию оптических призм, приводящую к сближению их смежных поверхностей вплоть до полного исчезновения зазора. В этом состоянии модулятор открыт и падающее на него излучение беспрепятственно проходит в направлении луча (Патент Российской Федерации №2022433, МПК: H01S 3/10, 1994).
Управление напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера основано на изменении величины сигнала управления модулятором добротности резонатора в зависимости от измеренной мощности лазерного излучения в резонаторе. При приложении напряжения к электрооптическим кристаллам интенсивность поляризованного света меняется пропорционально величине приложенного напряжения. Сигнал, подающийся на модулятор, состоит из медленно меняющегося опорного сигнала и сигнала, пропорционального мощности излучения в резонаторе в данный момент. Используя динамически меняющийся импульс на модуляторе, можно получать желаемую форму выходного импульса лазера.
Известно устройство управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера, используемое в устройстве модуляции добротности резонатора лазера, содержащее фотодиод, генератор импульсов, суммирующий усилитель, двухпороговый компаратор, усилитель импульсов, цифроаналоговый преобразователь, ламповый усилитель, стробирующую схему (Патент США №5204867, МПК H01S 3/00, 1993 г., прототип).
Сигнал отклонения напряжения на модуляторе соответствует разности между измеренной мощностью светового излучения в резонаторе и опорным импульсом, заранее заданным пользователем. Генератор импульсов, суммирующий усилитель и двухпороговый компаратор подключены к фотодетектору посредством электрического соединения. К выходу генератора импульсов подключен усилитель импульсов. Усилитель импульсов подсоединен к цифроаналоговому преобразователю. Выходной сигнал усилителя импульсов подается на положительный контакт суммирующего усилителя, а на отрицательный контакт суммирующего усилителя подается сигнал с фотодиода. Суммирующий усилитель передает сигнал на сеточный контакт лампового усилителя. На ламповый усилитель поступает также сигнал со стробирующей схемы. Ламповый усилитель передает сигнал в ячейку Поккельса. Двухпороговый компаратор подает сигнал на компьютер. Устройство компьютерного управления посылает управляющий цифровой сигнал на цифроаналоговый преобразователь. Компьютер также подает сигнал на стробирующую схему. На стробирующую схему поступает также импульс с усилителя импульсов. Выход стробирующей схемы идет на ламповый усилитель.
Недостатками этого прототипа являются неустойчивая обратная связь, вследствие наличия очень большого усиления сигнала, и малое быстродействие.
Техническим результатом изобретения является увеличение устойчивости управления излучением и увеличение быстродействия.
Технический результат достигается тем, что устройство управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера, содержащее фотодиод, два усилителя сигнала, формирователь импульсов, подключенный к дискриминатору нижнего уровня, соединенному с усилителем сигнала, который соединен с фотодиодом, схему сравнения, источник опорного сигнала, при этом дискриминатор нижнего уровня также соединен с источником опорного импульса, а источник опорного импульса и усилитель сигнала с фотодиода соединены со схемой сравнения, подключенной ко второму усилителю, вход запуска, токоограничивающий резистор; вход запуска подключен к формирователю импульсов, введен источник разрядного тока, управляемый источник тока, разделительный конденсатор, а усилитель подключен к управляемому источнику тока, соединенному с разделительным конденсатором, подключенному также и к источнику разрядного тока, причем источник разрядного тока соединен с формирователем импульса, а разделительный конденсатор подключен к выходу устройства, усилитель сигнала с фотодиода подключен к разделительному конденсатору, а токоограничивающий резистор подключен к управляемому источнику тока.
Управление напряжением на модуляторе производится по двум механизмам: сигналом, пропорциональным сигналу с фотодиода, отслеживающего мощность излучения в резонаторе, поддерживает коэффициент усиления равным единице. Управляющие напряжением на конденсаторе источники тока поддерживают мощность излучения на заданном уровне.
Модулятор выполнен на двух кристаллах из DKDP. Модулятор собран по схеме температурной компенсации естественного двулучепреломления, т.е. использована система из двух идентичных кристаллов, повернутых друг относительно друга на 90°. Меняя напряжение на модуляторах, можно изменять поляризацию проходящего через них излучения. При наличии в резонаторе элементов, расположенных под углом Брюстера, изменение поляризации излучения эквивалентно изменению добротности резонатора.
На чертеже представлена блок-схема устройства управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера, где: 1 - вход запуска; 2 - фотодиод; 3 - схема стабилизации мощности излучения; 4 - усилитель сигнала отрицательной обратной связи; 5 - формирователь импульсов; 6 - источник разрядного тока; 7 - дискриминатор нижнего уровня; 8 - разделительный конденсатор; 9 - токоограничивающий резистор; 10 - источник опорного сигнала; 11 - схема сравнения;
12 - усилитель разностного сигнала схемы стабилизации мощности излучения; 13 - управляемый источник тока; 14 - выход.
В ней можно выделить два основных функциональных узла:
- усилитель сигнала отрицательной обратной связи (УСООС) 4, усиливающий сигнал с фотодиода (ФД) 2;
- схема стабилизации мощности излучения (ССМИ) 3, состоящая из источника опорного сигнала 10, схемы сравнения 11, усилителя сигнала ССМИ 12 и управляемого источника тока 13.
Кроме того, в структурную схему устройства управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера входят: разделительный конденсатор 8, токоограничивающий резистор 9, источник разрядного тока 6, дискриминатор нижнего уровня (ДНУ) 7 и формирователь импульсов 5.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии ССМИ 3 выключен и разделительный конденсатор 8 заряжен. Потенциал UЗ обкладок разделительного конденсатора 8 такой, что модулятор (не показан на рисунке) вносит большие потери в оптический резонатор лазера, препятствуя развитию генерации излучения. УСООС 4 работает в режиме ожидания.
По фронту синхроимпульса, поступившего на вход запуска 1, срабатывает формирователь импульсов. Импульс от формирователя импульсов 5 включает источник разрядного тока 6 и разделительный конденсатор 8 начинает линейно разряжаться, потери в резонаторе лазера уменьшаются и при некотором пороговом напряжении Uпор начинается генерация излучения. Возникновение генерации излучения приводит к появлению на выходе 14 устройства сигнала, пропорционального мощности излучения, падающего на фотодиод 2, т.е. начинает работать отрицательная обратная связь, поддерживающая мощность излучения на относительно стабильном уровне.
Когда аналоговый сигнал на выходе УСООС 4 достигает заданного порога, ДНУ 7 прерывает импульс от формирователя импульса 5, разряд разделительного конденсатора 8 прекращается, и ССМИ 3 переключается в режим стабилизации мощности излучения. ДНУ 7 включает источник опорного сигнала 10. Опорный сигнал возможно задать через компьютер, но опорный сигнал простого вида может задаваться и аппаратными средствами. Опорный сигнал вместе с сигналом обратной связи поступают на схему сравнения 11, которая подает разностный сигнал на усилитель сигнала ССМИ 12. Усилитель управляет источником тока 13. Дальнейшее управление напряжением на разделительном конденсаторе 8 источником тока 13 ССМИ 3 компенсирует отклонения мощности излучения. Отклонение мощности излучения в резонаторе может происходить по разным причинам, таким как снижение степени накачки активной среды, изменение температуры в помещении и пр. При снижении величины сигнала на выходе УСООС 4 ниже определенного порога ССМИ 3 полностью выключается и разделительный конденсатор 8 начинает заряжаться до напряжения минус 260 В (постоянная времени заряда RC≈4 мс). Возможно задать форму импульса, которую поддерживает ССМИ 3, через компьютер.
Claims (1)
- Устройство управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера, содержащее фотодиод, два усилителя сигнала, формирователь импульсов, подключенный к дискриминатору нижнего уровня, соединенному с усилителем сигнала, который соединен с фотодиодом, схему сравнения, источник опорного сигнала, при этом дискриминатор нижнего уровня также соединен с источником опорного сигнала, а источник опорного сигнала и усилитель сигнала с фотодиода соединены со схемой сравнения, подключенной ко второму усилителю, вход запуска, токоограничивающий резистор; вход запуска подключен к формирователю импульсов, отличающееся тем, что введен источник разрядного тока, управляемый источник тока, разделительный конденсатор, а второй усилитель подключен к управляемому источнику тока, соединенному с разделительным конденсатором, подключенному также и к источнику разрядного тока, причем источник разрядного тока соединен с формирователем импульса, а разделительный конденсатор подключен к выходу устройства, усилитель сигнала с фотодиода подключен к разделительному конденсатору, а токоограничивающий резистор подключен к управляемому источнику тока.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010151685/28A RU2444824C1 (ru) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | Устройство управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010151685/28A RU2444824C1 (ru) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | Устройство управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2444824C1 true RU2444824C1 (ru) | 2012-03-10 |
Family
ID=46029182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010151685/28A RU2444824C1 (ru) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | Устройство управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2444824C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2689846C1 (ru) * | 2017-12-12 | 2019-05-29 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Лазер с модуляцией добротности резонатора и стабилизацией выходных импульсов (варианты) |
| RU202912U1 (ru) * | 2020-08-31 | 2021-03-12 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Генератор оптических сигналов |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU341398A1 (ru) * | 1971-02-15 | 1974-05-05 | А. М. Маругин , В. М. Овчинников | |
| US5204867A (en) * | 1991-06-10 | 1993-04-20 | Laser Photonics, Inc. | Method and apparatus to dynamically control the resonator gain of a laser |
-
2010
- 2010-12-17 RU RU2010151685/28A patent/RU2444824C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU341398A1 (ru) * | 1971-02-15 | 1974-05-05 | А. М. Маругин , В. М. Овчинников | |
| US5204867A (en) * | 1991-06-10 | 1993-04-20 | Laser Photonics, Inc. | Method and apparatus to dynamically control the resonator gain of a laser |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2689846C1 (ru) * | 2017-12-12 | 2019-05-29 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Лазер с модуляцией добротности резонатора и стабилизацией выходных импульсов (варианты) |
| RU202912U1 (ru) * | 2020-08-31 | 2021-03-12 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Генератор оптических сигналов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20190305508A1 (en) | Solid-state laser device, solid-state laser system, and laser device for exposure device | |
| US8724671B2 (en) | Multiple wavelength laser system | |
| US9306368B2 (en) | Laser apparatus using cavity dumping and active mode locking | |
| US4477905A (en) | Short pulse laser | |
| Deng et al. | Ultra-precise optical phase-locking approach for ultralow noise frequency comb generation | |
| RU2444824C1 (ru) | Устройство управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера | |
| CN110943366A (zh) | 双波长交替调q输出群脉冲激光器及激光输出方法 | |
| CN107046224B (zh) | 脉冲泵浦主动调q输出双脉宽脉冲的激光器 | |
| RU2444825C1 (ru) | Способ управления напряжением на модуляторе добротности резонатора лазера | |
| US5271025A (en) | Mode-locked upconversion laser source | |
| US20220029374A1 (en) | Method and apparatus for generating laser pulses | |
| Velsko et al. | 100 W average power at 0.53 μm by external frequency conversion of an electro‐optically Q‐switched diode‐pumped power oscillator | |
| US8228961B2 (en) | Temperature feedback control for long-term carrier-envelope phase locking | |
| RU2689846C1 (ru) | Лазер с модуляцией добротности резонатора и стабилизацией выходных импульсов (варианты) | |
| CA2247874A1 (en) | Variable output coupling laser | |
| JPS61168979A (ja) | パルスレ−ザ装置 | |
| RU2754395C1 (ru) | Способ генерации импульсов терагерцового излучения и устройство для его осуществления | |
| Buchvarov et al. | Nonlinear doubling mode-locking of feedback controlled pulsed Nd: YAG laser | |
| Gorbunkov et al. | Application of optoelectronic negative feedback to ordering of the temporal structure of the diode-pumped Nd: YLF laser radiation | |
| Kubecek et al. | Bidirectional operation of a ring diode-pumped mode-locked Nd: YVO 4 laser | |
| Wu et al. | An injection seeded single frequency Nd: YAG Q-switched laser with precisely controllable laser pulse firing time | |
| Kong et al. | Stimulated Brillouin Scattering Phase Conjugate Mirror and its Application to Coherent Beam Combined Laser System Producing a High Energy, High Power, High Beam Quality, and High Repetition Rate Output | |
| Koechner et al. | Q-switching | |
| Bakanas et al. | Frequency doubled pulsed single longitudinal mode Nd: YAG laser at 1319 nm with pulse build-up negative feedback controls | |
| CN113161856A (zh) | 基于双角锥谐振腔的1.6μm注入锁定固体激光器及发生方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171218 |