SU1122088A1

SU1122088A1 - Device for measuring laser wavelengths

Info

Publication number: SU1122088A1
Application number: SU833612149A
Authority: SU
Inventors: М.Н. Бурнашев; П.С. Крылов; А.В. Миронов; В.Е. Привалов
Original assignee: Предприятие П/Я А-1742
Priority date: 1983-06-24
Filing date: 1983-06-24
Publication date: 1985-06-30

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИН ВОЛН ЛАЗЕРОВ, содержащее эталонный лазер с двум пьезоэлектрическими преобразовател ми, два фотоприемника с усилител ми, первый из которых установлен на выходе эталонного лазера, а второй на выходе эталонного и исследуемого лазеров, генератор пилообразного напр жени , подключенный к одному из пьезопреобразователей эталонного лазера, подключенный к другому пьезопреобразователю генератор опорной частоты, умножитель частоты, синхронный детектор , отличающеес тем, что, с целью увеличени производительности измерений и обеспече- ни возможности измерений длин волн спектральных компонент многомодовых лазеров, оно снабжено амплитудным детектором, двум электронньЫи ключами с задержкой, компаратором, сумматором с двум входами и выходом, частотомером со стандартом частоты и регистратором с двум входами, при этом выход второго фотоприемника через усилитель и амплитудный детектор подключен к входам управлени обоих ключей, выход генератора опорного напр жени подключен к пьезопреобразователю через первый ключ, вход частотомера и один из входов регистратора через первый вход сумматора и второй ключ соединен с выходом амплитудного детектора, второй вход регистратора подключен к генератору пилообразного напр жени , а ,выход синхронного детектора через компаратор подключен к другому входу N9 9 сумматора. X) 00A DEVICE FOR MEASURING LASER WAVE LASERS containing a reference laser with two piezoelectric transducers, two photo-receivers with amplifiers, the first of which is installed at the output of the reference laser, and the second at the output of the reference and researched lasers, a sawtooth generator, connected to one of the piezoelectric transducers a reference laser, connected to another piezoelectric transducer, a reference frequency generator, a frequency multiplier, a synchronous detector, characterized in that, in order to increase It is equipped with an amplitude detector, two electronic delay keys, a comparator, a two-input adder, a frequency counter with a frequency standard, and a two-input recorder, while the output of the second photodetector through the amplifier and the amplitude detector is connected to the control inputs of both keys, the output of the reference voltage generator is connected to the piezoelectric transducer through the first key, the input is often Omer and one input of recorder via a first input of the adder and the second switch connected to the output of the amplitude detector, a second input connected to a recorder of the sawtooth generator and the synchronous detector output is connected through a comparator to the other input of the adder 9 N9. X) 00

Description

Изобретение относитс к оптикоинтерференционным средствам измерений и может быть использовано дл atTecTai H рдномодовых и многомодовых лазеров.This invention relates to optical interfacial measuring instruments and can be used for atTecTai H mode mode and multimode lasers.

Известно устройство дл измерени длин волн лазеров,, состо щее из исследуемого и эталонного лазеров, оптически св занных с фотоприемником усилител , осциллографа, частотомера , стандарта частоты и генератора пилообразного напр жени 1JA device for measuring the wavelengths of lasers, consisting of a test and reference lasers, optically coupled to an amplifier photodiode, an oscilloscope, a frequency meter, a frequency standard, and a sawtooth voltage generator 1J is known.

В известном устройстве длину волны исследуемого источника сравнивают методом оптического гетеродинировани с длиной волны эталонного лазера с поглощающей чейкой, частота которого сканируетс по пилообразному закону. Получаемые при этом сигналы пиков насыщенного поглощени и нулевых биений в зависимости от амплитуды сигнала биений от частоты используютс дл запуска остановки частотомера, на вход которого подаетс сигнал от стандарта частоты. По показанию частотомера с учетом калибровки вычисл ют длину волны исследуемого источника.In the known device, the wavelength of the source under study is compared by optical heterodyning with the wavelength of a reference laser with an absorbing cell, the frequency of which is scanned according to a sawtooth law. The resulting signals of the peaks of saturated absorption and zero beats, depending on the amplitude of the beat signal on frequency, are used to start the stop of the frequency meter, to the input of which a signal from the frequency standard is applied. Based on the frequency meter reading, taking into account the calibration, the wavelength of the source under investigation is calculated.

Недостатком известного устройства вл етс невозможность проведени измерени-й в диапазонах длин волн, в которых сигналы пиков насьпценного п.оглощени в интенсивности имеют малый контраст (в частности, в практически важном диапазоне 0,63 мкм с использованием насыщенного поглощени в парах йода).A disadvantage of the known device is the impossibility of making measurements in the wavelength ranges, in which the signals of the peak intensity absorption in the intensity have a low contrast (in particular, in the practically important range of 0.63 µm using saturated absorption in iodine vapor).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство дл измерени длин волн лазеров, содержащее эталонный лазер с двум пьезоэлектрическими преобразовател ми, два фотоприемника с усилител ми, первый из которых установлен на выходе эталонного лазера, а второй на выходе эталонного и исследуемого лазеров, генератор пилообразного напр жени , подключенный к одному из пьезопреобразователей эталонного лазера; подключенный к другому пьезопреобразователю генератор опорной частоты, умножитель частоты, синхронный детектор 2 .The closest in technical essence and the achieved result is a device for measuring the wavelength of lasers containing a reference laser with two piezoelectric transducers, two photodetectors with amplifiers, the first of which is installed at the output of the reference laser, and the second at the output of the reference and investigated lasers, a sawtooth voltage generator connected to one of the reference laser piezo transducers; a reference frequency generator, a frequency multiplier, a synchronous detector 2 connected to another piezoelectric transducer.

Недостатком известного устройства вл етс низка производительность и невозможность измерени длин волн спектральных компонентов из-заA disadvantage of the known device is the low productivity and the impossibility of measuring the wavelengths of the spectral components due to

необходимости набора массивов значений разностной частоты при обработке результатов измерений стандартными методами из-за необходимости дополнительных измерений в режиме стабилизации эталонного лазера по различным пикам.the need for a set of arrays of differential frequency values when processing the measurement results by standard methods due to the need for additional measurements in the stabilization mode of the reference laser for different peaks.

Целью изобретени вл етс увеличение производительности измерений и обеспечение возможности измерений длин волн спе ктральных компонент многомодовых лазеров.The aim of the invention is to increase the measurement performance and make it possible to measure the wavelengths of the spectral components of multimode lasers.

Поставленна цель достигаетс тем, что известное устройство дл измерени длин волн лазеров, содержащее этапонный лазер с двум пьезоэлектрическими преобразовател ми, два фотоприемника с усилител ми, первый из которых установлен на выходе эталонного лазера, а второй на выходе эталонного и исследуемого лазеров, генератор пилообразного напр жени , подключенный к одному из пьезопреобразователей эталонного лазера, подключенный к другомуThis goal is achieved by the fact that the known device for measuring the wavelength of lasers, containing a phased laser with two piezoelectric transducers, two photodetectors with amplifiers, the first of which is installed at the output of the reference laser, and the second at the output of the reference and researched lasers, sawtooth generator connected to one of the reference laser piezo transducers connected to another

пьезопреобразователю генератор опорной частоты, умножитель частоты, синхронный детектор, снабжено амплитудным детектором, двум электронiibtt-m ключами с задержкой, компаратором , сумматором с двум входами и выходом, частотомером со стандартом частоты и регистратором с двум входами, при этом выход второгоthe piezotransducer is a reference frequency generator, a frequency multiplier, a synchronous detector, equipped with an amplitude detector, two electronic ibtt-m keys with delay, a comparator, an adder with two inputs and an output, a frequency meter with a frequency standard and a recorder with two inputs, and the output of the second

фотоприемника через усилитель и амплитудный детектор подключен к входам управлени обоих ключей, выход генератора опорного напр жени подключен к преобразователю черезthe photodetector through the amplifier and the amplitude detector is connected to the control inputs of both keys, the output of the reference voltage generator is connected to the converter via

первый ключ, вход частотомера и один из входов регистратора через первый вход сумматора и второй ключ соединен с выходом амплитудного детектора, второй вход регистратора подключен к генератору пилообразного напр жени , а выход синхронного детектора через компараторthe first key, the frequency counter input and one of the recorder inputs through the first input of the adder and the second key are connected to the output of the amplitude detector, the second input of the recorder is connected to the sawtooth generator, and the output of the synchronous detector through the comparator

подключен к другому входу сумматора.connected to another adder input.

На чертеже изображена функциональна схема устройства дл измерени длин волн лазеров.The drawing shows a functional diagram of a device for measuring wavelengths of lasers.

Устройство содержит эталонный лазер 1 с активным элементом 2, чейт кой поглощени 3 и пьезоэлектрическими преобразовател ми 4 и 5, и исследуемый лазер 6, причем лазеры с помощью отражающего 7 и светоделительного В зеркал оптически св заныThe device contains a reference laser 1 with an active element 2, an absorption circuit 3 and a piezoelectric transducer 4 and 5, and the laser 6 under study, the lasers using optically reflecting 7 and beam-splitting mirrors optically coupled

с фотоприемником 9, который подключен к входу усилител 10. Вход амплитудного детектора 11 св зан с выходом усилител 10, а выход амплитудного детектора 11 подключен к управл ющим входам электронныхwith a photodetector 9, which is connected to the input of the amplifier 10. The input of the amplitude detector 11 is connected to the output of the amplifier 10, and the output of the amplitude detector 11 is connected to the control inputs of electronic

ключей с задержкой 12 и 13. По цепи переключени ключ 12 св зан с модулирующим пьезоэлектрическим преобразователем 4 и генератором опорного напр жени 14, а ключ 13 - с выходом амплитудного детектора 11 и с одним из входов сумматора 15. Фотоприемник 16 с помощью светодели тельного зеркала 17 оптически,св зан с эталонным лазером 1 и подключен к усилителю 18. Умножитель частоты 19 соединен с генератором опорного напр жени 14 и одним из входов синхронного детектора 20, другой вход которого соединен с усилителем 18. Выход синхронного детектора 20 св зан с одним из входов компаратора 21, другой вход которого соединен с корпусом, а выход - с вторым входом сумматора 15. Выход сумматора . 15 соединен с входами регистратора 22 и частотомера 23, другой вход которого соединен с стандартом частоты 24. Генератора пилообразного напр жени 25 подключен к сканирующему пьезоэлектрическому преобразователю 5 и регистратору 22. При этом с генератора 25 пилообразное напр жение подаетс на сканирующий .пьезоэлектрический преобразователь 5, а также.дл наблюдени и регистрации - на горизонтальную развертку регистратора 22, в качестве которого может использоватьс двухкоординатный самописец, осциллограф с запоминанием и т.п.keys with delay 12 and 13. On switch circuit, switch 12 is connected to a modulating piezoelectric transducer 4 and a voltage generator 14, and switch 13 to an amplitude detector output 11 and one of the inputs of adder 15. Photo detector 16 by means of a beam-splitting mirror 17 is optically coupled to a reference laser 1 and connected to an amplifier 18. A frequency multiplier 19 is connected to a reference voltage generator 14 and one of the inputs of the synchronous detector 20, the other input of which is connected to the amplifier 18. The output of the synchronous detector 20 is connected to one it from the inputs of the comparator 21, the other input of which is connected to the housing, and the output to the second input of the adder 15. The output of the adder. 15 is connected to the inputs of the recorder 22 and the frequency meter 23, the other input of which is connected to the frequency standard 24. A sawtooth voltage generator 25 is connected to a piezoelectric scanning transducer 5 and a recorder 22. At the same time, from a generator 25, a sawtooth voltage is applied to a piezoelectric scanning converter 5, as well as for observation and registration, on a horizontal scan of the recorder 22, for which a two-coordinate recorder, a memory oscilloscope, etc. can be used.

Таким образом, эталонный лазер i используетс в режиме сканировани . В результате этого мен етс частота изучени лазера 1 и по мере перемещени по допплеровскому контуру мен етс интенсивность излучени .Thus, the reference laser i is used in scanning mode. As a result, the frequency of studying laser 1 changes, and as it moves along the Doppler contour, the radiation intensity changes.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Излучение эталонного 1 и исследуемого 6 лазеров смешиваетс на фотоприемнике 9, преобразуетс в электрический сигнал биений, который через усилитель низкой частоты 10 и амплитудный детектор 11 поступает на входы управлени электронньк ключей 12 и 13. Пока разность частот двухThe radiation of the reference 1 and the 6 lasers under investigation is mixed at the photodetector 9, converted into an electric beat signal, which through the low-frequency amplifier 10 and the amplitude detector 11 enters the control inputs of the electronic switches 12 and 13. While the frequency difference between the two

лазеров больше полосы пропускани усилител 10, сигнал на выходе детектора 11 равен нулю, через ключ 1 опорное напр жение частоты i с генератора 14 подаетс на модулрфующий пьезоэлектрический преобразователь 4 и частота лазера 1 зависит от времени по пилообразному закону с наложенной на эту зависимость гармонической модул цией с девиацией частоты, при этом ключ 13 разомкнут На входы синхронного детектора постпают сигнал нечетной гармоники опорной частоты ni с умножител частоты 19 и гармоника сигнала интенсивности эталонного лазера частоты ni с фотоприемника 16, выделенна резонансньм усилителем 18, настроенным на частоту .nt . При прохождении пиков насьщенного поглощени на,выходе синхронного детектора вьфабатываетс сигнал, поступающий далее через компаратор по нулевому уровню 2 и сумматор 15 на регистратор 22. При сближении частот лазеров на выходе детектора 11 образуетс целый р д меток нулевых биений. При поступлении первой метки ключ 12 отключает модул цию эталонного лазера на заранее заданньй интервал времени , определ емый сботношением:lasers are larger than the passband of amplifier 10, the signal at detector output 11 is zero, through switch 1 the reference voltage i from generator 14 is fed to modulating piezoelectric transducer 4 and the frequency of laser 1 depends on the time according to the sawtooth law with harmonic modulation imposed on this dependence with frequency deviation, while key 13 is open. An odd harmonic signal of the reference frequency ni is sent to the inputs of the synchronous detector from the frequency multiplier 19 and the harmonic signal of the reference laser intensity is frequent you ni from the photodetector 16, the isolated rezonansnm amplifier 18 tuned to the frequency .nt. With the passage of peaks of continuous absorption at the output of the synchronous detector, a signal arrives further through the comparator at zero level 2 and the adder 15 to recorder 22. When the frequencies of the lasers converge, the output of detector 11 produces a series of zero-beat marks. When the first tag arrives, key 12 disables the modulation of the reference laser for a predetermined time interval determined by the relationship:

г.year

где Л - девиаци частоты эталонного лазера, Гц;where L is the deviation frequency of the reference laser, Hz;

V - скорость сканировани частоты , Гц/с;V is the frequency scan rate, Hz / s;

I - опорна частота, Гс. Этот интервал устанавливаетс rijiH настройке системы. Ключ 13 по истечении интервала времени, равного т- , устанавливаемого при настройке системы, замыкаетс и пропускает через сумматор 15 единственную Metttv нулевых биений, соответствующую соь падению частот лазеров. После прохождени метки нулевых биений ключ 13 размыкаетс .I - reference frequency, Gs. This interval is set by rijiH system setup. The key 13 after the expiration of the interval of time equal to t- set during system tuning, closes and passes through the adder 15 a single Metttv of zero beats, corresponding to a decrease in the frequency of the lasers. After passing the zero beat mark, the key 13 opens.

Таким образом в предлагаемом устройстве эталонный лазер 1 рабЬ тает в непримен вшемс ранее режимет сканирование частоты с гармоничен«ей модул цией при наблюдении пиков насьщенного поглощени и без модул цййг при формировании метки, нулевых биений.Thus, in the proposed device, the reference laser 1 slab melts inapplicable previously the frequency scanning mode with harmonization by its modulation while observing peaks of the saturated absorption and without moduli when forming a mark, zero beats.

Дл проведени измерений длины волны на регистраторе наблюдают пики насыщенного поглощени и метку нулевых биений. Далее, измен ют посто н ное напр жение на пьезоэлектрическом преобразователе 5 и амплитуду генератора 25 так, чтобы на регистраторе 22 остались метки нулевых биений и два ближайших пиканасыщенного поглощени , частотный интервал Лт)|( между которыми известен с высокой точностью. Перекрыва излучение лазера 6, получают на выходе сумматора 15 два пика, которые осуществл ют запуск и остановку частотомера 23, на вход которого поступает сигнал от стандарта частоты 24, т.е. осуществл ют калибровку предлагаемого устройства: известному частотному интервалу соответствует число N , фиксируемое частотомером. После этого направл ют излучение лазера 6 на фотоприемник 8, чтобы на частотомер поступал после первого к гпибровочного импульса импульс метк нулевых биений. В результате искомом интервалу и -li соответствует чис ло импульсов NU, так, что Ь,с 1Г -Nn Поскольку известна длина волны, соот ветствующа калибровочному импульсу зна скорость света и &-- , определ ют искомую длину волны лазера 6. Предлагаемое устройство может использоватьс и дл поверки лазеров со сложным модовым составом излучени . В этом случае при сканировании частоты эталонного лазера в моменты ее совпадени с каждой из Мод из.чучени испытуемого лазера 2 формируютс метки нулевых биений. Их совокупность соответствует спектральному составу излучени исследуемого лазера 6. Измен посто нное напр жение на пьезоэлектрическом преобразователе 5 и амплитуду сканировани генератора 25, добиваютс того, чтобы на регистраторе 22 остались метка нулевых биений от моды, длина волны которой измер етс , и два ближайших пика насьпценного поглощени . Измерение длины данной спектральной компоненты излучени лазера 6 производитс , как было описано выше. Таким образом, последовательно определ ют длины волны всех спектрапьных компонент излучени исследуемого лазера 6. Предлагаемое устройство позвол ет обеспечить проведение измерений в режиме сканировани частоты эталонного лазера и за один период сканировани получить одновременно высококонтрастные сигналы пиков насыщенного поглощени , прив занные передним фронтом к центрам пиков, и узкие метки нулевых биений от каждой компоненты спектра излучени исследуемого лазера, и тем самым при сохранении точности измерений длины волны повысить производительность измерений в 10-20 раз по сравнению с лучшим из известных образцов 2j, причем ограничени на модовьй состав источника излучени отсутствуют .To measure the wavelength on the recorder, saturated absorption peaks and a zero beat mark are observed. Next, change the constant voltage on the piezoelectric transducer 5 and the amplitude of the generator 25 so that the recorder 22 is left with zero beat marks and the two closest saturated absorption, frequency interval Lt) | between which is known with high accuracy. Overlapping laser radiation 6 , receive at the output of the adder 15 two peaks that start and stop the frequency meter 23, the input of which receives a signal from the frequency standard 24, i.e., calibrate the proposed device: the known frequency signal The number N fixed by the frequency meter corresponds to the interval.After that, the laser radiation 6 is directed to the photodetector 8 so that the frequency pulse arrives after the first pulse to the pulse of the mark of zero beats.As a result, the search interval and -li correspond to the number of pulses NU, so that , 1G -Nn Since the known wavelength corresponding to the calibration pulse is known as the speed of light and & -, the desired wavelength of the laser 6 is determined. The proposed device can also be used to calibrate lasers with complex mode composition students In this case, when scanning the frequency of the reference laser at the time of its coincidence with each of the modes from the test laser 2, labels of zero beat are formed. Their combination corresponds to the spectral composition of the radiation of the laser 6 under study. Changing the constant voltage on the piezoelectric transducer 5 and the scanning amplitude of the generator 25, ensure that the recorder 22 is left with a zero beat mark from the mode whose wavelength is measured and the two nearest peaks absorption. The measurement of the length of this spectral component of the radiation of the laser 6 is carried out as described above. Thus, the wavelengths of all spectral components of the radiation of the laser 6 under investigation are sequentially determined. The proposed device allows measurements to be carried out in the scanning mode of the frequency of the reference laser and, at the same time, obtain high-contrast signals of saturated absorption peaks to the peak centers, and narrow marks of zero beats from each component of the radiation spectrum of the laser under study, and thereby, while maintaining the accuracy of measuring wavelength n vysit performance measurements 10-20 times in comparison with the best of the known samples 2j, wherein the restriction on the mode composition absent the radiation source.

Claims

DEVICE FOR MEASURING LENGTH WAVES OF LASERS, containing a reference laser with two piezoelectric transducers, two photodetectors with amplifiers, the first of which is installed at the output of the reference laser, and the second at the output of the reference and studied lasers, a sawtooth voltage generator connected to one of the piezoelectric transducers of the reference laser, a reference frequency generator connected to another pyeo-transducer, a frequency multiplier, a synchronous detector, characterized in that, in order to increase the productivity and measuring and providing the possibility of measuring the wavelengths of the spectral components of multimode lasers, it is equipped with an amplitude detector, two electronic keys with a delay, a comparator, an adder with two inputs and an output, a frequency meter with a frequency standard and a recorder with two inputs, while the output of the second photodetector through an amplifier and the amplitude detector is connected to the control inputs of both keys, the output of the reference voltage generator is connected to the piezoelectric transducer through the first key, the input of the frequency meter and one of the the recorder moves through the first input of the adder and the second key is connected to the output of the amplitude detector, the second input of the recorder is connected to a sawtooth generator, and the output of the synchronous detector through a comparator is connected to another input of the adder.