Устройство для измерения длин волн лазеров

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН А 19) 139/ мЬ ПИ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ цАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯДЛИН ВОЛН ЛАЗЕРОВ, содержащее эталонный лазер с двумя пьезоэлектрическими преобразователями, два фотоприемника с усилителями, первыйиз которых установлен на выходе эталонного лазера, а второй на выходеэталонного и исследуемого лазеров,генератор пилообразного напряжения,.подключенный к одному из пьезопреобразователей эталонного лазера, подключенный к другому пьеэопреобраэователю генератор опорной частоты,умножитель частоты, синхронный детектор, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью увеличения производительности измерений и обеспечения возможности измерений длин волнспектральных компонент многомодовыхлазеров, оно снабжено амплитуднымдетектором, двумя электроники ключами с задержкой, компаратором,сумматором с двумя входами и выходом,частотомером со стандартом частотыи регистратором с двумя входами,при этом выход второго фотоприемникачерез усилитель и амплитудный детектор подключен к входам управленияобоих ключей, вьмод генератора опорного напряжения подключен к пьезопреобразователю через первый ключ,вход частотомера и один из входоврегистратора через первый вход сумматора и второй ключ соединен с выходом амплитудного детектора, второйвход регистратора подключен к генератору пилообразного напряжения, а,выход синхронного детектора черезкомпаратор подключен к другому входусумматора.Изобретение относится к оптикоинтерференционным средствам измерений и может быть использовано,цля аТтестации одномодовых и многомодовых лазеров,5Известно устройство для измерениядлин волн лазеров, состоящее из исследуемого и эталонного лазеров,оптически связанных с фотоприемникомусилителя, осциллографа, частотоме 1 Ора, стандарта частоты и генераторапилообразного напряжения И .В иЗвестном устройстве длину волны исследуемого источника сравнивают методом оптического гетеродинирования с длиной волны эталонного лазера с поглощающей ячейкой, частотакоторого сканируется по пилообразному закону, Получаемые при этом сигналы пиков насыщенного поглощенияи нулевых биений в зависимости отамплитуды сигнала биений от частотыиспользуются для запуска остановкичастотомера, на вход которого подается сигнал от стандарта частоты.По показанию частотомера с учетомкалибровки вычисляют длину волныисследуемого источника.Недостатком известного устройстваявляется невозможность проведения 30измерений в диапазонах длин волн, вкоторых сигналы пиков насыщенногопоглощения в интенсивности имеютмалый контраст (в частности, в практически важном диапазоне О,бЗ мкм З 5с использованием насыщенного поглощения в парах йода),Наиболее близким по технической 20 сущности и достигаемому результату является устройство для измерения 40 длин волн лазеров, содержащее эталонный лазер с двумя пьезоэлектрическими преобразователями, два фотоприемника с усилителями, первый из которых установлен на выходе эталон ного лазера, а второй на выходеэталонного и исследуемого лазеров, генератор пилообразного напряжения, подключенный к одному из пьезопреобразователей эталонного лазера; под ключенный к другому пьезопреобразователю генератор опорной частоты, умножитель частоты, синхронный детектор 21.Недостатком известного устройства 55 является низкая производительность и невозможность измерения длинволн спектральных компонентов из-за 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,Целью изобретения является увеличение производительности измерений и обеспечение возможности измеренийдлин волн спектральных компонентмногомодовых лазеров.Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для измерения длин волн лазеров, содержащее эталонный лазер с двумя пьезоэлектрическими преобразователями, два фотоприемника с усилителями, первый из которых установлен на выходе эталонного лазера, а второй на выходе эталонного и исследуемого лазеров, генератор пилообразного напряжения, подключенный к одному из пьезопреобразователей эталонного лазера, подключенный к другому пьезопреобразователю генератор опорной частоты, умножитель частоты, синхронный детектор, снабжено амплитудным детектором, двумя электронными ключами с задержкой, компаратором, сумматором с двумя входами и выходом, частотомером со стандартом частоты и регистратором с двумя входами, при этом выход второго фотоприемника через усилитель и амплитудный детектор подключен к входам управления обоих ключей, выход генератора опорного напряжения подключен к преобразователю 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 пилооб - разного напряжения, а выход синхронного детектора через компаратор подключен к другому входу сумматора.На чертеже изображена функциональная схема устройства для измерения длин волн лазеров.Устройство содержит эталонный лазер 1 с активным элементом 2, ячей-, кой поглощения 3 и пьезоэлектрическими преобразователями 4 и 5, и исследуемый лазер 6, причем лазеры с помощью отражающего 7 и светоделительного 8 зеркал оптически связаныс фотоприемником 9, который подключен к входу усилителя 10. Вход амплитудного детектора 11 связан с выходом усилителя 10, а выход амплитудного детектора 11 подключен к управляющим входам электронных ключей с задержкой 12 и 13. По цепи . переключения ключ 12 связан с модулирующим пьезоэлектрическим преобразователем 4 и генератором спорного напряжения 14, а ключ 13 - с выходом амплитудного детектора 11 и с одним иэ входов сумматора 15. фотоприемник 16 с помощью светодели тельного зеркала 17 оптически, связан с эталонным лазером 1 и подключен к усилителю 18. Умножитель частоты 19 соединен с генератором опорного напряжения 14 и одним из входов синхронного детектора 20, другой вход которого соединен с усилителем 18, Выход синхронного детектора 20 связан 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 напряжения 25 подключен к сканирующему пьезоэлектрическому преобразователю 5 и регистратору 22. При этом с генератора 25 пилообразное напряжение подается на сканирующий пьезоэлектрический преобразователь 5, а также для наблюдения и регистрации - на горизонтальную развертку регистратора 22, в качестве которого может использоваться двухкоординатный самописец,.осциллограф с запоминанием и т.п.Таким образом, эталонный лазер 1 используется в режиме сканирования. В результате этого меняется частота изучения лазера 1 и по мере перемещения по допплеровскому контуру меняется интенсивность излучения.Устройство работает следующим образом.Излучение эталонного 1 и исследуемого 6 лазеров смешивается на фотоприемнике 9, преобразуется в электрический сигнал биений, который через усилитель низкой частоты 1 О и амплитудный детектор 11 поступает навходы управления электронных ключей12 и 13. Пока разность, частот двух лазеров больше полосы пропусканияусилителя 10, сигнал на выходе детектора 11 равен нулю, через ключ 12опорное напряжение частоты 1 с ге 5 нератора 14 подается на модулирующий пьезоэлектрический преобраэователь 4 и частота лазера 1 зависитот времени по пилообразному законус наложенной на эту зависимость 10гармонической модуляцией с девиацией частоты, при этом ключ 13 разомкнут.На входы синхронного детектора посту.пают сигнал нечетной гармоники опорной частоты ь с умножителя часто ты 19 и гармоника сигнала интенсивности эталонного лазера частоты я 1с фотоприемника 16, выделенная ре зонансным усилителем 18,настроенным на частоту,1 . При прохождении 20 пиков насыщенного поглощения на выходе синхронного,цетектора вырабатывается сигнал, поступающий далеечерез компаратор по нулевому уровню21 и сумматор 15 на регистратор 22, 25 При сближении частот лазеров на выходе детектора 11 образуется целыйряд меток нулевых биений. При поступлении первой метки ключ 12 отключает модуляцию эталонного лазера ЗО. на заранее заданный интервал времени, определяемый сОотношением:2 м -1тгде Д 1 - девиация частоты эталонно го лазера, Гц,1 - скорость сканирования час-тоты 9 Гц/с1 - опорная частота, Гс.Этот интервал устанавливается при.40 настройке системы. Ключ 13 по истечении интервала времени, равногод , устанавливаемого при настройке системы, замыкается и пропускаегчерез сумматор 15 единственную меткч 45 нулевых биений, соответствующую соьпадению частот лазеров. После про-хождения метки нулевых биений ключ13 размыкается.Таким образом, впредлагаемом 50 устройстве эталонный лазер 1 рабо"тает в неприменявшемся ранее режиметсканирование частоты с гармоническоймодуляцией при наблюдении пиков насыщенного поглощения и без модуляцйИ 55 при формировании метки нулевыхбиений.Для проведения измерений длиныволны на регистраторе наблюдают пикинасыщенного поглощения и метку нулевых биений. Далее изменяют постоянное напряжение на пьезоэлектрическом преобразователе 5 и амплитуду генератора 25 так, чтобы на регистраторе 22 остались метки нулевых биений и два ближайших пика насыщенного поглощения, частотный интервал 61 между которыми известен с высокой точностью.Перекрывая излучение лазера 6, получают на выходе сумматора 15 два пика, которые осуществляют запуск и остановку частотомера 23, на вход которого поступает сигнал от стандарта частоты 24, т.е. осуществляют калибровку предлагаемого устройства: известному частотному интервалу соответствует число фиксируемое частотомером.После этого направляют излучение лазера 6 на Фотоприемник 8, чтобы на частотомер поступал после первого калибровочного импульса импульс метки нулевых биений. В результате искомому интервалу 6 1 соответствует число импульсов Н ц, так, чток- НпйПоскольку известна длина волнысоответствующая калибровочному импульсу, зная скорость света и Ь 4 к , определяют искомую длину волны лазера 6.Предлагаемое устройство может использоваться и для поверки лазеров со сложным модовым составом излучения. В этом случае при сканировании частоты эталонного лазера в моменты ее совпадения с каждой из мод излучения испытуемого лазера 2 формируются метки нулевых биений, Их совокупность соответствует спектральномусоставу излучения исследуемого лазера 6, Изменяя постоянное напряжение на пьезоэлектрическом преобразователе 5 и амплитуду сканирования 1 О генератора 25, добиваются того, чтобы на регистраторе 22 остались метка нулевых биений от моды, длинаволны которой измеряется, и два ближайших пика насыщенного поглощения.15 Измерение длины данной спектральнойкомпоненты излучения лазера 6 производится, как было описано выше.Таким образом, последовательноопределяют длины волны всех спект рапьных компонент излучения исследуемого лазера 6,Предлагаемое устройство позволяетобеспечить проведение измеренийв режиме сканирования частоты эта лонного лазера и за один период сканирования получить одновременно высококонтрастные сигналы пиков насыщенного поглощения, привязанные ,ередним фронтом к центрам пиков, и щ узкие метки нулевых биений от каждой компоненты спектра излученияисследуемого лазера, и тем самымпри сохранении точности измеренийдлины волны повысить производительность измерений в 10-20 раз по сравнению с лучшим из известных образцов 2, причем ограничения на модовый состав источника излучения отсутствуют.1122088 Составитель А,МедведевРедактор С.Титова Техред О.Ващишина Корректор А. Зимокосов о ауш иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,аказ 4510/4 ВНИИ по 1130раж 897 Государственног елам изобретений Москва, Ж, Подпимитета СССРткрытийская наб, д.