SU622377A1

SU622377A1 - Frequency stabilizer laser

Info

Publication number: SU622377A1
Application number: SU752146061A
Authority: SU
Inventors: М.Н. Дубров
Original assignee: Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср
Priority date: 1975-05-26
Filing date: 1975-05-26
Publication date: 1980-03-15

Description

(54) ЧАСТОТНО СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ЛАЗЕР(54) FREQUENCY STABILIZED LASER

II

Изобретение относитс к устройству газовых лазеров со стабилизацией частоты излучени и может быть использовано в метрологин при измерении длины и перемещений, в голографии и других област х техники.The invention relates to a device for gas lasers with a stabilization of the frequency of the radiation and can be used in metrology in the measurement of length and displacement, in holography and other areas of technology.

Известны устройства стабилизированных по частоте газовых лазеров, работающих в одночастотном режиме, в которых стабилизаци частоты излучени осуществл етс по провалу Лэмба на контуре усилени активной среды, либо с помощью вспомогательных поглощающих чеек 1. Эти устройства требуют введени принудительной частотной модул ции, что бывает нежелательным в р де приложений, а применение поглощающих чеек усложн ет конструкцию лазеров.The devices of frequency-stabilized gas lasers operating in a single-frequency mode are known, in which the radiation frequency is stabilized by the Lamb failure on the gain circuit of the active medium, or by using auxiliary absorbing cells 1. These devices require the introduction of forced frequency modulation, which is undesirable in a number of applications, and the use of absorbing cells complicates the design of lasers.

Известен частотно стабилизированный лазер, содержащий резонатор с активным элементом и систему автоматической подстройки , включающую фотодетектор и исполнительный механизм 2. Этот лазер работает только в режиме генерации трех оптических частот. Подстройка частоты излучени лазера достигаетс путем выделени и стабилизации низкочастотных биений, возникающих при несимметричном расположении трех оптических частот относительно допплеровского контура усилени активной среды .A frequency-stabilized laser is known that contains a resonator with an active element and an automatic tuning system, including a photodetector and an actuator 2. This laser operates only in the mode of generating three optical frequencies. Laser frequency tuning is achieved by isolating and stabilizing low-frequency beats that occur when the three optical frequencies are asymmetrical relative to the Doppler gain loop of the active medium.

Цель изобретени - повыщение стабильности лазера в режиме генерации по крайней мере четырех частот.The purpose of the invention is to increase the stability of the laser in the generation mode of at least four frequencies.

Это достигаетс тем, что между, фотодетектором и исполнительным механизмом установлены соединенные последовательно гетеродинный приемник, фильтр низкой частоты и частотный детектор. На фиг. 1 представлена блок-схема частотно стабилизированного лазера; на фиг. 2 блок-схема гетеродинного приемника.This is achieved by the fact that a heterodyne receiver connected in series, a low-pass filter and a frequency detector are connected between the photo detector and the actuator. FIG. 1 is a block diagram of a frequency-stabilized laser; in fig. 2 is a block diagram of a heterodyne receiver.

Лазер содержит резонатор и активный элемент 1, фотодетектор (ФД) 2, гетеродинный приемник 3, фильтр низкой частоты (ФНЧ) 4, частотный детектор (ЧД) 5, интегрирующий усилитель 6 и пьезокерамику 7 дл подстройки резонатора. Интегрирующий усилитель 6 и пьезокерамика 7 представл ют собой исполнительный механизм. Гетеродинный приемник состоит из гетеродина 8, усилител высокой частоты (УВЧ) 9,смесител 10, усилител промежуточной частоты (УПЧ) 11 и низкочастотного радиодетектора 12. Частотно стабилизированный лазер работает следующим образом. Излучение активного элемента 1, состо щее из нескольких оптических частот, неэквидистантно разнесенных (из-за дисперсионных свойств оптической среды) на межмодовое рассто ние пор дка 110 мГц, поступает на широкополосный фотодетектор 2. Сигнал, снимаемый с ФД, содержит множество комбинационных колебаний как основных (ПО мГц), так и более-высокого пор дка, частота которых кратна основной межмодовой частоте. Назначение гетеродинного приемника 3 состоит в том, чтобы из всей совокупности комбинационных частот выделить низкочастотные биени только между двум комбинационными частотами. УВЧ 9 выдел ет и усиливает из суммарного сигнала ФД комбинационные частоты только первого пор дка ПО мГц. Неэквидистантность расположени оптических частот приводит к тому, что основные комбинационные частоты различаютс всего лищь на 1 - 10 кГцThe laser contains a resonator and an active element 1, a photodetector (PD) 2, a heterodyne receiver 3, a low frequency filter (LPF) 4, a frequency detector (CD) 5, an integrating amplifier 6, and piezoceramics 7 for adjusting the resonator. Integrating amplifier 6 and piezoceramics 7 are an actuator. The heterodyne receiver consists of a local oscillator 8, a high frequency amplifier (UHF) 9, a mixer 10, an intermediate frequency amplifier (IF amplifier) 11 and a low-frequency radio detector 12. The frequency-stabilized laser operates as follows. The radiation of the active element 1, consisting of several optical frequencies, non-equidistantly spaced (due to the dispersion properties of the optical medium) to the intermode distance of about 110 MHz, goes to the wide-band photodetector 2. The signal taken from the PD contains many combination vibrations as the main (MHz), and higher-order, whose frequency is a multiple of the basic intermode frequency. The purpose of the heterodyne receiver 3 is to select low frequency beats from the whole set of combinational frequencies only between two combinational frequencies. UHF 9 extracts and amplifies from the total PD signal the combination frequencies of only the first order of program MHz. The inequality of the arrangement of the optical frequencies leads to the fact that the main combination frequencies differ by only 1–10 kHz.

и поскольку полоса пропускани гетеродинного приемника, образованного УВЧ 9, гетеродином 8 (fr 120 мГц), смесителем 10 и УПЧ 11 (fnp 10 мГц), значительно больще этой величинь, они все детектируютс низкочастотным радиодетектором 12. Необходимые дл подстройки лазера низко . частотного биени частоты выдел ютс rt)H4 (с полосой пропускани 500 Гц), настроенным на среднюю частоту 2 кГц. Напр жение на выходе интегрирующего усилител 6 пропорционально расстройке частоты биений , поступающих на вход ЧД 5 от среднего значени 2 кГц. Это напр жение используетс дл подстройки зеркала резонатора лазера.and since the bandwidth of a heterodyne receiver formed by an UHF 9, a local oscillator 8 (fr 120 MHz), a mixer 10 and an IFA 11 (fnp 10 MHz) is much larger than this value, they are all detected by a low-frequency radio detector 12. Low for adjusting the laser. frequency beats are allocated rt) H4 (with a bandwidth of 500 Hz) tuned to a center frequency of 2 kHz. The voltage at the output of the integrating amplifier 6 is proportional to the detuning frequency of the beats arriving at the input of PD 5 from the average value of 2 kHz. This voltage is used to tune the laser resonator mirror.

Введение гетеродинного приемника и избирательного фильтра низкой частоты в сискалом резонатора, отличающийс тем, что, с целью повышени стабильности лазера в режиме генерации по крайней мере четырех частот, между фотодедектором и исполнительным механизмом установлены соединенные последовательно гетеродинный приемник , фильтр низкой частоты и частотный детектор .The introduction of a heterodyne receiver and a selective low-frequency filter in a resonator cavity, characterized in that, in order to increase the laser stability in the generation mode of at least four frequencies, a series-connected heterodyne receiver, a low-pass filter and a frequency detector are installed between the photodetector and the actuator.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination

1.Галутва Г. В. и Р занцев А. И. Селекци типов колебаний и стабилизаци частоты ОКГ. М., «Св зь, 1972, с. 45-58.1. Galutva G.V. and R. Zantsev, I. I. Selection of oscillation types and stabilization of the laser frequency. M., “Holy, 1972, p. 45-58.

2.Капралов В. П. и Булыгин А. С. Использование дисперсионных свойств активной среды лазера дл стабилизации частоты его излучени , «Оптика и спектроскопи , 1974, т. 37, вып. 5, с. 993. тему АПЧ обеспечивает выделение из многих комбинационных частот только одной пары частот, низкочастотные биени между которыми используютс дл подстройки частоты лазера. Введение частотного детектора повыщает устойчивость работы системы АПЧ. Предлагаемый частотно, стабилизированный лазер, работающий на базе больших резонаторов и активных элементов, обладает высокой выходной мощностью. Изобретение может быть использовано дл стабилизации газовых лазеров, серийно выпускаемых промышленностью.2. Kapralov V.P. and Bulygin A.S. Using the dispersion properties of the active medium of a laser to stabilize the frequency of its radiation, Optics and Spectroscopy, 1974, Vol. 37, no. 5, s. 993. The AFC theme provides for the selection of many single-frequency frequencies from a single pair, the low-frequency beats between which are used to adjust the frequency of the laser. The introduction of a frequency detector improves the stability of the AFC system. The proposed frequency stabilized laser operating on the basis of large resonators and active elements has a high output power. The invention can be used to stabilize gas lasers, commercially produced by industry.

Claims

The invention is a frequency-stabilized laser containing a resonator with mirrors, an active element and an automatic tuning system, including a photodetector and an actuator connected to a mirror.