Способ измерения частотных характеристик излучения лазера

(23) Приоритет до делам нзабретени Опубликовано 27.12,82, БюллДата опубликования описания нь Ю(72) Авторы изобретения 7) Заявите евский ордена Ленина государственный университе им. Т. Г. Шевченко 54) Б ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА 2 Однако этим способом можнрять лишь естественную ширину з линииналичи ечерации лазера сскольких типов овый режим). И только пр лебаний ( морение спектральнь кой сушности особ измерения Изобретение относится к области кван квантовой электроники и может найти применение при разработке лазеров непрерывного действия для точногокконтроля их спектральных параметров и, в частности для создания оптических стандартов частоты.Известен способ анализа частотных характеристик излучения лазера, разработанный прежде для некогерентных источников света и примененный затем для анализа излучения лазера. Способ состоит в следующем. В исследуемом лазере осуществляют режим генерации двух и более типов колебаний, (мод), о т л и ч а ю ш и х с я по частоте, детектируют излучение и анализируют спектр биения частот различных мод, При анализе определяют количество частот биений и измеряют частотное расстояние между ними, которое равно разности частот генерируемых мод,Измеряют также ширину сигналов биений. Так как в образовании биений участвуют все компоненты линии, то измеренная ширина полосы биений позволяет судить о ширине исходной спектральной линии. параметров излучения лазера, работающего в одномодовом режиме, этим способом невозможно, также невозможно получить сведения о спектральных пара метрах допплеровски уширенной линии генерации лазера, что представляет существенный недостаток способа. К недостаткам следует отнести также относительно высокую погрешность измерения 1-5 кГц.Ближайшим по техническ изобретению является спчастотных характеристик излучения лаз560480 3ра, заключающийся в сканировании почастоте излучения исследуемого лазера,смешивании этого излучения с постоянным по частоте излучением дополнительного лазера непрерывного действия, детектировании излучения с последующиманализом. электрического сигнала,Этот способ измерения также имеетотносительно невысокую точность а также не позволяет исследовать частотныепараметры допплеровски уширенной линиигенерации лазера.Целью изобретения является повышение точности измерения контура допплеровски уширенной линии излучения лазера.Цель достигается тем, что детектируют отдельно исследуемое значение и излучение, смешанное с излучением дополнительного лазера, выделяют из продетектированного радиочастотного сигналабиений частот лазеров две частотныеметки с помощью перестраиваемого резонансного усилителя, и при анализе частотной характеристики спектра излучениялазера устанавливают частотное расстояние между метками равным частотномурасстоянию исследуемой части спектраизлучения лазера и по этому частотномурасстоянию между метками судят о ширине исследуемой части спектра излучениялазера,Сканирование частоты излучения лазера производят любым из известных способов например колебанием одного из зеркал резонатора лазера или периодическимизменением мощности накачки в пределахот 1 кГцдо 300 мГц в зависимости от ширины исследуемой части спектра излучениялазера. Излучение лазера с периодическименяющейся частотой смешивают с излучением дополнительного лазера непрерывного действия, частота генерации которого лежит в пределах спектра генерацииисследуемого лазера,Так как разность частот излучениялазеров периодически изменяется вследствие сканирования частоты исследуемоголазера, то и частота биения тоже периодически изменяется, Максимальное значение частоты биений принимает значенияот 1 кГц до 300 мГц в зависимости отширины сканируемой области спектра исследуемого лазера, При этом частотадополнительного лазера остается постоянной. Если из этого сигнала биений выделяют сигнал определенной частоты, заранее заданной в пределах от 500 Гц до150 мГц, то вследствие того, что час 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 4тота биений, равная разности частотдвух лазеров, два раза принимает значение заданной частоты (так как= + ф- К), где Е - мгновенное значениечастоты биений, равное заданной, Х иЕ - частоты излучения исследуемого лазера и дополнительного, то получают двечастотные метки, частотное расстояниемежду которыми равно удвоенному значению их частоты), Из радиочастотногосигнала биений выделяют частотныеметки,Устанавливают частоту меток такую,чтобы расстояние между ними было равно ширине исследуемой части спектрагенерации лазера, в пределах от 1 кГц1до 300 мГц и по известному значениючастоты меток, а следовательно и расстоянию между ними, получают сведения оширине исследуемой части спектра генерации лазера непрерывного действия.На фиг. 1 дана схема устройствадля реализации предлагаемого способа;на фиг. 2 осциллограмма зависимостивыходной мощности исследуемого лазераот частоты и частотные метки,Устройство для реализации предлагаемого способа включает в себя исследуемый лазер 1, частота которого изменяется в исследуемой части спектра спомощью сканирующего элемента 2 исмешивается с помощью полупрозрачногозеркала 3 на фотодетекторе 4 с излучением дополнительного лазера 5 непрерывного действия, в резльтате чего нанагрузке квадратичного. фотодетектора4 появляется напряжение с частотой биений двух лазеров - исследуемого идополнительного. Этот сигнал поступаетна перестраиваемый частотно-избирательный усилитель 6. Этот усилитель, обладающий резонансной частотной характеристикой, выделяет сигналзаданной частоты, которая зависит отнастройки усилителя 6. Одновременнос полупрозрачного зеркала 7 часть излучения исследуемого лазера 1 поступает на фотодетектор 8 и далее на усилитель 9, которые обеспечивают наблюдение на экране осциллографа 10 зависимости мощности излучения исследуемого лазера 1 от частоты, т.е, егоспектральную характеристику. Генератор11 управляющих сигналов служит длявозбуждения сканирующего элемента 2и синхронизации осциллографа 10, Поскольку указанный сигнал биений симметричен относительно нулевых биенийдвух лазеров, то на одном из лучей ос 5 5604циллографа 10 наблюдают два явно выраженных максимума сигнала, биений,представляющих собой частотные метки,расстояние между которыми равно удвоенной частоте настройки частотно-избирательного усилителя 6, т.е. удвоеннойчастоте меток, а на другом луче наблюдают спектральную характеристику исследуемого лазера 1.Настройкой усилителя 6 устанавливают частоту меток такую, при которойрасстояние между метками совпадает наэкране осциллографа с исследуемым участком спектра генерации лазера, а так какчастота меток известна (усилитель градуирован по частоте), то известно и частное расстояние исследуемого участка спектра генерации лазера.Описанным способом производится измерение частотных характеристик спектральных резонансов усиливающей и пог-,лошающей сред гелий-неонового кольцевого лазера, Х 3,39 мкм, с метановойпоглошающей ячейкой. На фиг, 2 показанаосциллограмма совмещения частотных меток 12 с центром линий 13 и 14, соответственно усиления и поглощения в спектре излучения лазера. Частотное расстояние между метками равно 1,65 мГц. Спомощью описанного устройства производится также измерение полуширинылинии поглощения, равной 30 кГц сточностью 100 Гц,В изобретении по сравнению с известными способами существенно повышается35точность измерения, Погрешность измерения не превышает 1% от абсолютногозначения результата измерений. Предлагаемым способом можно измерять частотные характеристики спектра излучения 80 6лазера шириной от 1 кГц до 300 мГц1 что ранее не представлялось возможным, Способ вследствие частотного сканирования излучения лазера позволяет производить измерение частотных характеристик допплеровски уширенной линии генерации лазера, раьотаюшего как в многомодовом, так и в одномодовом режиме вследствие применения смешивания излучения исследуемого лазера с излучением дополнительного, работающего в одномодовом режиме.формула изобретенияСпособ измерения частотных характеристик излучения лазера непрерывного действия, состоящий в сканировании по частоте излучения исследуемого лазера, смешивании этого излучения с постоянным по частоте излучением дополнительного лазера непрерывного действия, детектировании излучения с последующим анализом электрического сигнала, о т - л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения контура допплеровски уширенной линии излучения лазера, детектируют отдельно исследуемое излучение и излучение, смешанное с излучением дополнительного лазера, выделяют из продетектированного радиочастотного сигнала биений частотлазеров две частотные метки с помошью перестраиваемого резонансного усилителя, устанавливают частотное расстояние между метками, равным частотному расстоянию исследуемой части спектра, и по нему судят о ширине исследуемой части спектра излучения лазера,560480 Редактор П, Горькова Техред Е,Харитончик Корректор А. Фере Заказ 104 Х Тираж 887 ПодписноВНИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий3.3035, Москва, 2 К, Раушская наб.,4/ лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,