ОДНОЧАСТОТНЫИ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫМ ЛАЗЕР ДЛЯ НАКАЧКИ ЦЕЗИЕВЫХ СТАНДАРТОВ ЧАСТОТЫ

February 21, 2013 by admin Комментировать »

Журавлева О. В., Иванов А. В., Исаев Д. С., Леонович А. И., Курносов В. Д., Курносов К. В., Чернов Р. В., Шишков В. В.

ФГУП «НИИ «Полюс» им. М. Ф. Стельмаха Введенского ул., д.З, г. Москва, 117342, Россия тел.: +7(495) 3330513, e-mail: dilas@mail.magelan.ru Плешанов С. А.

ФГУП 1ЧПП «Исток»

Вокзальная ул., д.2А, г. Фрязино, Московская область, 141190, Россия

Аннотация – Представлены результаты исследований одночастотного перестраиваемого лазера, предназначенного ДЛЯ накачки цезиевого стандарта частоты. Экспериментально показано, что лазер генерирует на одной частоте, несмотря на то, что в контур дифракционной решетки на волокне попадает несколько продольных мод внешнего резонатора. Изменение длины волны генерации возможно за счет регулирования тока накачки лазера, его температуры и температуры решетки. Ширина линии генерации не превышает 2 МГц при МОЩНОСТИ излучения 10 мВт.

I.                                       Введение

в настоящее время широкое распространение получили глобальные навигационные спутниковые системы, такие как американская Глобальная Система Позиционирования (GPS) и российская Глобальная Навигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС).

Базовым прибором таких систем является цезиевый стандарт частоты на основе атомно-лучевой трубки (АЛТ). В АЛТ используется переход между подуровнями F = 3 и F = 4 уровня на частоте ~9.192 ГГц. Накачка атомов цезия осуществляется на частоте 352 ТГц (линия Ог цезия, Я= 852.12 нм).

Серийно выпускаемые в настоящее время АЛТ с магнитной селекцией атомных состояний практически достигли предела совершенствования. Значительное улучшение характеристик АЛТ возможно за счет принципиально новой схемы лазерного возбуждения и регистрации атомного пучка.

Наиболее перспективными для использования в АЛТ являются полупроводниковые лазеры, которые отличаются исключительно малыми габаритами и весом, простотой накачки, вьюокой эффективностью преобразования электрической энергии в когерентное излучение в диапазоне длин волн 850-895 нм, охватывающих область резонансных оптических переходов в атомах цезия. Важным требованием для полупроводниковых лазеров, используемых в АЛТ, является одночастотный режим генерации.

II.                              Основная часть

Для получения одночастотного режима работы полупроводникового лазера в работе использовалась конструкция прибора на базе дифракционной решетки, сформированной в одномодовом оптическом волокне.

Схематично конструкция лазера представлена на рис.1. В предложенной схеме дифракционная решетка, сформированная в волокне, устанавливается с противоположной выходному зеркалу стороны резонатора лазера. Это позволяет увеличить коэффициент отражения дифракционной решетки до 100%, уменьшить порог генерации лазера и тем самым снизить его энергопотребление. Решетка устанавливается на отдельный микроохладитель, что позволяет изменять её температуру независимо от температуры, при которой находится кристалл лазера. Фотография общего вида прибора представлена на рис.2.

В работе использовались лазерные диоды, изготовленные на основе гетероструктур GaAIAs/GaAs. На грань кристалла, обращенной к решетке, наносилось просветляющее покрытие, на противоположную грань наносилось защитное покрытие.

Рис. 1. Схематичное изображение конструкции активного элемента лазера: 1 – дифракционная решетка на волокне, 2 – оптическое волокно,

3 – кристалл лазера, 4 – коллиматор (градиентная линза), 5 – медная подставка, 6 – микроохладитель.

Fig. 1. Schematic image ofthe device: fiber Bragg grating (1), optical fiber (2), laser (3), collimator (4), copper heat sink (5), Peltier cooler (6)

Puc. 2. Фотография общего вида прибора.

Fig. 2. General view photo ofthe device

Коэффициент отражения дифракционной решетки составлял величину ~90 %. Дифракционная решетка совместно с гранью лазера с защитным покрытием (R ~ 30 %) образует резонатор, который определяет основные параметры прибора: длину волны генерации, ширину линии генерации, выходную мощность, ток накачки. Коллиматор, представляющий собой градиентную линзу, определяет угловую расходимость и поперечное сечение пучка.

Подстройка длины волны излучения лазера осуществлялась за счёт нагрева (или охлаждения) решетки микроохладителем. Для стабилизации параPuc. 4. Спектр излучения прибора, записанный с помощью оптического анализатора спектра фирмы «Ando» (AQ6317B) с разрешением 0.01 нм (а) и анализатора спектра фирмы «Advantest» (Q8347) с разрешением 0.002 нм (б).

Fig. 4. Spectrum ofthe device: (a) measured with use of the spectrum analyzer «Ando» AQ6317B (resolution

0.      01 nm), (b) «Advantest» Q8347 (resolution 0.002 nm)

Ha рис.З представлена ватт-амперная характеристика излучателя на выходе коллиматора.

На рис.4, а представлен спектр излучения лазера, записанный на оптическом анализаторе спектра фирмы «Ando» (AQ6317B) при спектральном разрешении прибора 0.01 НМ. Из рис.4, а видно, что подавление боковых МОД превышает 30 дБ, однако не разрешаются продольные моды внешнего резонатора. На рис.4, б представлен спектр, прописанный на анализаторе фирмы «Advantest» (Q8347) с разрешением 0.002 НМ. Видно, ЧТО в окрестности генерирующей МОДЫ происходит ПОЧТИ полное подавление боковых МОД внешнего резонатора.

Измерения показали, что при изменении тока накачки длина ВОЛНЫ излучения изменялась со скоростью ΔΑ/Δ/ = 4.5-10’^ А/мА. Измерение ширины линии излучения показало, что её ширина не превышает 2 МГц при МОЩНОСТИ излучения 10 мВт. При изменении температуры дифракционной решетки длина ВОЛНЫ излучения лазера изменялась как = 4.8-10’^ А/град. Угловая расходимость на выходе излучателя была -10’^ рад.

метров излучения лазерный диод также устанавливался на отдельный микроохладитель. Изменяя ток накачки лазерного диода, его температуру или температуру решетки, длина волны излучения лазера настраивается на D2 линию цезия.

III.                                     Заключение

Разработанный прибор может быть использован ДЛЯ накачки цезиевых стандартов частоты. Введение

дополнительной возможности подстройки ДЛИНЫ

Рис. 3. Ватт-амперная характеристика прибора. Fig. 3. Light-current characteristic for the device

ВОЛНЫ излучения за счет изменения температуры решетки позволяет проще настраиваться на линию □2 цезия.

Кроме ЭТОГО, разработанный излучатель может найти широкое применение в магнитометрах, спектроскопии ВЫСОКОГО разрешения, в метрологии, в системах когерентной передачи и обработки информации.

SINGLE-FREQUENCY TUNABLE LASER FOR CAESIUM FREQUENCY STANDARD

Zhuravleva O. V., Ivanov A. V., Isaev D. S., Leonovich A. I., Kurnosov V. D., Kurnosov K. V., Chernov R. V., Shishkov V. V.

M. F. Stel’makh Research and Development Institute «Polus»

3,             ui Vvedenskogo, Moscow, 117342, Russia

Ph.: (495) 3330513, e-mail: dilas@mail.magelan.ru Pleshanov S. A.

FSUE Research and Production Corporation «Istok»

2A, ui Vokzalnay, Fryazino, 141190, Russia

Abstract – Experimental results of investigations of singlefrequency tunable laser intended for pumping of the caesium frequency standard are submitted. It is experimentally shown, that the laser generates in single-frequency mode. FWHM does not exceed 2 MHz at output power 10 mW.

I.                                        Introduction

Atomic beam tube is the basic element of global positioning systems. Single-frequency semiconductor lasers allow to essentially improving characteristics of these devices.

II.                                       Main Part

In this work we used a fiber Bragg grating in order to receive single-frequency operating mode of the laser. Schematic image of the device is shown in Fig.1. The grating has been placed on individual Peltier cooler. It allows changing its temperature independently of the laser temperature. Reflection coefficient ofthe Bragg grating was 90 %.

Changing injection current and temperature ofthe laser and temperature of the fiber Bragg grating it is possible to change wave length of generation. At change of fiber Bragg grating temperature, the wavelength changed as

АЛ/АГдга||пд = 4.8-10’^А/К.

III.                                      Conclusion

The developed device can be used for pumping of caesium frequency standards. Changing temperature of fiber Bragg grating it is possible to be adjusted easier on D2 line of caesium.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты