Стабилизированный газовый лазер

гд.3,. пмеи, "ф ио тн д, -.-и:.-,ныл тег ет 1, О П Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ Своз СфветеинкСфцналнстнчееннкРеспублик и 1 724037 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл. Н 01 5 3/13 Ьфуюврвтвфраб квнитвт СССР вв Аелем взвбретеннй н втарыткйДата опубликования описания 10,08.81 И. И. Вольнов, М. А. Губин, В. В. Никитин и Д. А. Тюриков(72) Авторы изобретения Ордена Ленина физический институт им. П. Н, Лебедееа(54)СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР 1Изобретение относится к квантовой .электронике и может быть использовано в метрологии и спектроскопии, атакже в точном машиностроении и" геофизике для прецизионного измерения линейных перемещений и деформаций.Известны стабилизированные газовые лазеры, в которых стабилизация частоты осуществляется с помощью системы автоматического регулирования путем настройки их .на максимум линии уси 10 ления активной среды, При этом используют два типа систем автоматического регулирования; регулятор, основанйый на эффекте затягивания частотьггде"1 Б рации к вершине линии усиления (для лазеров, работающих в многомодовом режамф, и так называемые экстремальные регуляторы, подстраивающие"лазер на максимум выходной мощности(для одномодовых лазеров) 1 1 н 2Иэ-за большой ширины линии усюге+ " иия, а также из-за значительных сдвигов ее вершины такие лазеры обладают 2низкой стабильностью и воспроизводимостью частоты.Эти мешающие факторы устранены ь лазерах, имеющих внутри резонатора поглощающую ячейку, заполненную газом низкого давленйя. При этом в амплитудно-частотной характеристике лазера образуется узкий резонанс мощности, вершина которого может служить репером частоты,Известен стабилизированный газовый лазер, содержащий двухзеркальный резонатор, одно из зеркал которого снабжено пьезоприводом, поглощающую ячейку, помещенную внутрь резонатора и систему стабилизации частоты, состоящую из соединенных последовательно фотоприемника сигнала расстройки частоты относительно центра линии поглощения, синхронного усилителя с генератором модулирующего напряжения.и интегратора, выход которого подключен к пьезоприводу 3 ;3 7.240В иэвестном устройстве часто;ныйдиапазон возмущений, активно отрабатываемых системой стабилизаций,невелик, и, как правило, не превышает 1/5 часть от частоты модулирующего сигнала. С другой стороны, частота модулирующего сигнала такжеограничена шириной резонанса мощности.Поэтому в указанном устройствесу-ществует приниципиальный предел для Орасширения диапазона отрабатываемыхвозмущениф. В итоге стабильность подобноголазера оказывается невысокой-даЩе в условиях небольших вибраций.Целью изобретения является повыше 5ние стабильности частоты излучениягазового лазера в двухмодовом режимгенерации.Это достигается тем, что в двух.модовый стабилизированный газовый 20лазер, содержащий двухзеркальныйрезонатор, одно из зеркал которогоснабжено пьезоприводом, поглощающую ячейку, помещенную внутрь резонатора, и систему стабилизации частоты, состоящую из соединенных последовательно фотоприемника сигнала расстройки частоты одной из мод относительно центра линий поглощения, синхронного усилителя с генератором моду- З 0лирующего напряжения и интегратора,выход которого подключен к пьезоприво-ду, при этом выход генератора модулирующего напряжения подключен кпьезоприводу, введена дополнительная 35Система стабилизацйи частотй, вклю-ченная.между выходом лазера и вторымвходом интегратора, состоящая изсоединенных последовательно фотоприемника сигнала межмодовых биений, 40преобразователя частоты, частотногодискиримииатора ц фильтра верхнихчастот, выход которой подключен к .второму входу интегратора.Начертеже. представлена блок-схема гаэовбго лазера,Собственно лазер состоит из активного элемента 1, поглощаащейячейки 2, двух чеФвертьводйбвйхпластинок 3 и 4, зеркал 5 и 6, об- Ораэующих резонатор. Зеркало 6 снабженопьезоприводом 7.Система стабилизации- еодержит двафотодетектора 8 и 9, синхронный уси"литель с генератором модуляции 10, 55интегратор 11, преобразователь частоты, состоящий иэ смесителя 12 иопорного генератора 13, частотный дис 37криминатор 14, фильтр верхних частот 5, Для разделения излучениялазера на два пучка служит делительное зеркало 16, Для вьщеления одноймоды излучения по ходу одного изпучков установлен поляризатор 17,Существование двух мод в такомлазере обусловлено введением в резонатор двух четвертьволновых пластино 3и 4. Поляризации этих мод на выходелазера ортогональны, а разность частот,между ними определяется небольшим наклоном осей( 1- 1 Ощ;твертьволновых пластинок 3 и 4 относительнодруг друга,Устройство работает следующим образом.Модулирующее напряжение с генератора модуляции О подается напьезопривод 47.Часть излучения лазера проходитсквозь зеркало 16 и через поляризатор 17 поступает на фотодекодер 8.На выходе фотодекодера выделяетсянапряжение; амплитуда которого пропориональна отклонению частоты выбранной моды от реперной частоты,определяемой вершиной резонанса мощности поглощающей ячейки. Этот сигналпреобразуется блоком синхронногоусилителя и генератора модулирующегосигнала 1 О. Преобразованный сигнал О,поступает на вход интегратора 11.Сигнал с выхода интегратора подаетсяна пьеэопривод для обработки расстройки частоты лазера относительнореперной частоты. Так работает блокэкстремального регулирсвания, Длядополнительной системыстабилизаццивходным сигналом является излучениевторого лазерного пучка, выделенногоделительным зеркалом 16.Это излучениес частотой биений двух мод поступаетна фотодекодер 9.На его выходе выделяется переменный сигнал с частотой равной разности частот двух мод, Дляодной из мод, совпадающей с реперной частотой, работает эффект затя-,.гивания частоты. Для второй моды этотэффеКт отсутствует, если частотныйинтервал между модами вйбран достаточно большим. Поэтому разностнаячастота двух мод зависит от расстройки частоты одной иэ мод относительнореперной частоты. Напряжение разностной частоты с фотодедектора 9 поступает иа смеситель 12, где преобразуется в напряжение промежуточной час"Патент", г. Ужгород,ул,Проектная,4 илиал 5 7240 тоты с помощью генератора опорного напряжения 13. Напряжение промежуточной частоты поступает на частотный дискриминатор 14, на выходе которого выделяется напряжение, пропорциональ ное расстройке частоты лазера относи- тельно репейной частоты.Дпя того, чтобы дрейф раэностной частоты, вызванный:, например, тепло-. выми деформациями четвертьволновых . 10 пластинок, не вносил статического от,клонения частоты лазера относительно реперной частоты, служит фильтр верхних частот 15, пропускающий лишь переменную составляющую сигнала О, Это напряжение суммируется на входе интегратора с напряжением 0 1 , Сумма напряжений О + 0 интегрируется интег=1ратором 11 и результирующее напряжение поступает на пьезогривод 7 для обработки расстройки резонатора.Экспериментальное исследование опытного образца предлагаемого лазера показало, что введение дополнительной системы стабилизации частоты псзвьляет расширить частотный диапазон эффективно отрабатываемых воздействий более, чем на порядок при соответствующем повышении стабильности частоты также почти на порядок.30Повышение стабильности частоты позволяет существенно расширить область применения лазеров в метрологии и спектроскопии. Формула изобретения Стабилизированный газовый лазер,содержащий двухзеркальный резонатор,37 6одно иэ зеркал которого снабжейо пьезоприводом, поглощающую ячейку, помещенную внутрь резонатора, и систему стабилизации частоты, состоящую иэ соединенных последовательно фотоприемника сигнала расстройки частоты одной из мод относительно центра линии поглощения, синхронного усилителя с генератором модулйрующего йапряжения и интегратора, выход которого подключен к пьезоприводу, при этом выход генератораиодулйрующего напряжения подключей к пьезоприводу, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности частоты излучения лазера в двухмодовом режиме генерации, в него введена допол нительэая система стабилизаций час" тоты, включеннай между выходом лазе ра и вторым входом интегратора, состоящая иэ соединенных последовательно фотоприемника сигнала межмодовых биений, преобразователя частоты, частотного дискриминатора и фильтра верхних частот. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Патент США В 3170122 кл, 331-94,5, опублик, 1963.