Устройство управления длиной волны излучения двухволнового лазера

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛИНОЙ ВОЛНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ДВУХВОЛНОВОГО ЛАЗЕРА(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Устройство управления длиной волны излучения двухволнового лазера, содержащее оптически связанные волоконно-оптический световод, используемый в качестве дисперсионного элемента, оптически связываемый с двухволновым лазером, и фотоприемник,соединенный через усилитель с вычислительным блоком, выход которого соединен со входом блока управления длиной волны излучения лазера, отличающееся тем, что содержит логический элемент И и линию задержки, причем первый вход элемента И соединен с выходом усилителя, второй вход элемента И соединен через линию задержки с выходом усилителя, а выход элемента И соединен с вычислительным блоком. Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения и может быть использовано для управления длиной волны источников когерентного оптического излучения. Известно устройство 1, содержащее оптически связанные источник излучения, модулятор, волоконно-оптический световод, фотоприемник, соединенный с фазовым детектором, вычислительный блок, генератор, модулятор. Недостатком данного устройства является низкая точность и узкий диапазон измерения длины волны. 10055 1 2007.12.30 Наиболее близким к предлагаемому является устройство 2, содержащее оптически связанные источник излучения, модулятор, волоконно-оптический световод, фотоприемник, соединенный с фазовым детектором, выход которого соединен с вычислительным блоком, усилитель и генератор, соединенный с модулятором, вторым входом фазового детектора и вычислительным блоком. Данное устройство позволяет с высокой точностью измерять длину волны излучения одного лазера и при подключении вычислительного блока к входу управления лазера обеспечивать управление длиной волны его излучения. Недостатком 2 является то, что оно неспособно одновременно измерять две длины волны излучения двухволновых лазеров. Задача изобретения - обеспечение возможности одновременного измерения двух длин волн когерентного излучения и управления длиной волны двухволновых лазеров. Предлагаемое изобретение обеспечивает высокую точность и широкий диапазон измерений каждой из длин волн излучения двухволнового лазера 3, а также управление каждой длиной волны генерации. Для решения поставленной задачи в устройстве реализуется режим оптикоэлектронной рециркуляции одновременно на двух оптических длинах волн. В качестве дисперсионного элемента используется волоконно-оптический световод. Для реализации режима оптико-электронной рециркуляции одновременно на двух оптических длинах волн, обеспечения измерения и автоподстройки каждой длины волны генерации в устройство введены линия задержки и элемент И, а также осуществлены соответствующие функциональные связи и алгоритм обработки сигналов. Свойства, появляющиеся у заявляемого объекта следующие благодаря тому что в устройстве реализуется режим оптико-электронной рециркуляции одновременно на двух оптических длинах волн, обеспечиваются возможности измерения и управления каждой длиной волны генерации двухволнового лазера. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник лазерного излучения 1, блок управления длиной волны излучения лазера 2, дисперсионный волоконный световод 3, фотоприемник 4, усилитель 5, вычислительный блок 6, элемент И 7, линию задержки 8. Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени блок 6 на выходе запуск формирует два импульса, разнесенные во времени на интервал. На выходе управления упр блока 6 формируется код амплитуды импульсов тока 1 и 2 для поочередной генерации лазера на двух различных длинах волн. Блок управления длиной волны излучения 2 формирует соответствующие амплитуды импульсов тока 1 и 2 для запуска лазера на длинах волн 1 и 2 при поступлении импульса запуска. Таким образом,оптические импульсы от лазера 1 на длинах волн 1 и 2 поочередно поступают в дисперсионный волоконный оптический световод 3. После прохождения световода оптические импульсы регистрируются фотоприемником 4, усиливаются усилителем 5 и поступают в вычислительный блок 6, где формируются импульсы для очередного запуска лазера 1 и направления излучения в световод 3, причем зарегистрированный импульс на длине волны 1 запускает лазер на длине волны 1, а импульс на длине волны 2 запускает лазер на 2. Таким образом, при замкнутой петле оптической обратной связи в системе устанавливается процесс рециркуляции, периодкоторой определяется оптической задержкой излучения в световоде 3 при постоянной электрической задержке в блоках 2, 4, 5, 6. В световод поочередно посылаются оптические импульсы на различных длинах волн 1 и 2,поэтому в устройстве реализуется режим оптико-электронной рециркуляции одновременно на двух оптических длинах волн. Так как скорость распространения оптического излучения в световоде зависит от длины волны, причем 12 (12), то задержка в световоде излучения с длиной волны 1 будет больше, чем с 2. Разность оптических задержек за один период рециркуляции равняется 2 где- длина световода, с - скорость света в вакууме, 1, 2 - коэффициенты преломления излучения в световоде на длинах волн 1 и 2. Следовательно, рециркулирующие импульсы на длине волны 1 будут сдвигаться во времени относительно импульсов на длине волны 2 каждый период рециркуляции на величину , т.е. импульсы на длине волны 2 будут догонять импульсы на длине волны 1. Для фиксации момента накопления разности временных задержек до величины Т в устройство вводится элемент И 7 и линия задержки 8. В начальный момент запуска системы импульсы на длинах волн 1 и 2 разнесены во времени на интервал, где- длительность задержки линии задержки 8. В режиме рециркуляции происходит накопление разности временных задержек , и за число периодов рециркуляцииразность задержек станет равной Т, т.е. импульсы на длинах волн 1 и 2 совпадут во времени на входах элемента И 7 и на его выходе появится сигнал, поступающий в вычислительный блок 6. После того как число периодов рециркуляции станет равным(2)Т/,система заканчивает измерение разностикоэффициентов преломления световода 1 и 2 на длинах волн генерации двухволнового лазера 1 и 2. Разностьиз (1) и (2) вычисляется по формуле Введение линии задержки 8 обусловлено необходимостью исключить одновременное появление на входе вычислительного блока импульсов на различных длинах волн, что обеспечивает большую надежность работы системы. Период рециркуляции на длине волны 1 будет определяться следующим образом(4) 11/,где- длина световода, 1 - коэффициент преломления для длины волны излучения 1, с скорость света,- время электрической задержки в блоках 2, 4, 5, 6. Так как частоту следования импульсов можно измерить более просто и с большей точностью, чем временной интервал между импульсами, то в системе измеряется частота рециркуляции импульсов на длине волны 1, равная 11/1 (5), где 1 - суммарная задержка излучения в петле обратной связи. Значение частоты рециркуляции 1 и число периодовопределяются с высокой точностью в вычислительном блоке 6. Определив частоту рециркуляции (время оптической задержки излучения в световоде), значение коэффициента преломления 1 на длине волны 1, полученное из (4), (5), вычисляется по следующей формуле(6) 1 Разностькоэффициентов преломления световода 1 и 2 на длинах волн 1 и 2 вычисляется по формуле (3). Определив коэффициент преломления 1, используя известные формулы и таблицы,определяется длина волны оптического излучения 1. Определив разность коэффициентов преломления , определяется коэффициент преломления 21- и, следовательно,длина волны оптического излучения 2. В память вычислительного блока 6 записываются требуемые величины длин волн излучения 1 и 2 (коэффициентов преломления 1, 2). Если измеренные значения 1, 2 (длины волн 1, 2) не совпадают с требуемыми, то вычислительный блок 6 изменяет код амплитуды импульсов тока для запуска лазера 1 и 2 до тех пор, пока длины волн оптического излучения не станут равны 1 и 2. Таким образом, осуществляется автоподстройка длин волн излучения двухволнового лазера. Для ла 10055 1 2007.12.30 зеров, описанных в 3, при длине световода в сотни метров, при Т 1-310-7 с, требуемое для измерения число периодов рециркуляции равняется 104105. Следовательно, время автоподстройки будет равно 0,11 с. В расчетные формулы (3), (6) входят постоянные величины длина световодаи время электрической задержки . Определять их значение с высокой точностью дополнительными методами нет необходимости, так как их величину можно учесть при калибровке системы с помощью источника с точно известной длиной волны излучения. Таким образом, в устройстве реализуется режим оптико-электронной рециркуляции одновременно на двух оптических длинах волн, что позволяет в отличие от 2 одновременно измерять две длины волны излучения и управлять каждой длиной волны генерации двухволнового лазера. При этом обеспечивается высокая точность и широкий диапазон измерений каждой из длин волн. Источники информации 1. А.с. СССР 1142731, 1985. 2. Патент РБ 4388, 2001. 3..,А., Наа Т.-// . . . 1991. - . 59. - 5. - . 504-507. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4