способ активной стабилизации частоты излучения кольцевого лазера

Формула изобретения

СПОСОБ АКТИВНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ КОЛЬЦЕВОГО ЛАЗЕРА, включающий подстройку длины периметра кольцевого резонатора лазера с помощью цепи обратной связи, отличающийся тем, что в кольцевом лазере возбуждают автомодуляционные колебания, регистрируют их частоту, сравнивают последнюю с частотой радиочастотного генератора и разность этих частот используют в качестве входного сигнала в цепи обратной связи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в оптической связи, приборостроении и измерительной технике.

Известен способ стабилизации частоты излучения кольцевого лазера, основанный на стабилизации периметра кольцевого лазера путем его автоматической подстройки с помощью цепи обратной связи, управляющим сигналом для которой является изменение интенсивности выходного излучения, что имеет место при изменении периметра резонатора кольцевого лазера [1]

Однако этот способ становится неэффективным при использовании лазеров, обладающих широкой линией усиления активной среды, что имеет место практически для всех твердотельных лазеров.

Наиболее близким к изобретению является способ, в котором при использовании твердотельных лазеров стабилизацию частоты излучения производят путем привязки частоты излучения к внешнему стабильному эталону (чаще всего к эталону Фабри-Перо) [2] В этом случае сигналом ошибки для цепи обратной связи служит изменение интенсивности излучения после эталона.

Однако этот способ, несмотря на универсальность, обладает значительной сложностью реализации, что связано с включением в состав лазера дополнительного элемента эталона Фабри-Перо и стабилизацией параметров последнего. Кроме того, коэффициент стабилизации сильно ограничивается оптическими шумами, шумами фотоприемника и т.п. поскольку сигнал ошибки имеет амплитудный характер.

Технической задачей изобретения является упрощение реализации способа и повышение коэффициента стабилизации.

Для этого в кольцевом лазере возбуждают автомодуляционные колебания, регистрируют их частоту, сравнивают последнюю с частотой стабильного радиочастотного генератора и разность этих частот используют в качестве входного сигнала в цепи обратной связи.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема возможной реализации предлагаемого способа. На чертеже показаны зеркала 1-3 резонатора кольцевого лазера, активный элемент 4, фотоприменик 5, стабильный радиочастотный генератор 6, схема выделения разностной частоты (смеситель) 7, пьезоэлемент 8 и усилитель 9.

Сущность изобретения заключается в следующем. При возбуждении автомодуляционных колебаний в кольцевом лазере, образованном активным элементом 4 и зеркалами 1-3 резонатора, что достигается в результате подбора необходимой величины связи между встречными волнами путем механической юстировки резонатора, частота автомодуляционных колебаний V_м определяется величиной амплитуды коэффициентов связи m: V_м=m/2 Связь между встречными волнами обусловлена обратным рассеянием излучения лазера на элементах его резонатора и активном элементе и периодически зависит от длины периметра резонатора. Поэтому если зафиксировать тем или иным способом величину этой связи, то будет зафиксирована длина периметра L резонатора и, следовательно, частота излучения V_o, вариации которой V следующим образом связаны с вариациями длины резонатора L:V=V_o(L/L).

Таким образом, если частоту автомодуляционных колебаний сравнивать с частотой стабильного радиочастотного генератора 6 и разность частот после выделения смесителем 7 использовать в цепи обратной связи для подстройки периметра резонатора путем перемещения одного из зеркал с помощью пьезоэлемента 8, то поставленная цель будет достигнута.

Исследовался гранатовый твердотельный лазер с частотой автомодуляции 38470 Гц, которая сравнивалась с частотой, генерируемой синтезатором частот 46-31 ( f/f=10^-8).

Сравнение рассматриваемого технического решения с прототипом показывает его несомненную простоту и возможность получения более высокого коэффициента стабилизации, поскольку сигнал ошибки используется в частотной форме.