Устройство измерения длины волны излучения двухволнового лазера

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ДВУХВОЛНОВОГО ЛАЗЕРА(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Устройство измерения длины волны излучения двухволнового лазера, содержащее оптически связанные источник излучения, амплитудный модулятор, волоконно-оптический световод, используемый в качестве дисперсионного элемента, фотоприемник и последовательно соединенные фазовый детектор, усилитель, управляемый генератор, вычислительный блок, причем выход генератора также соединен с модулятором и вторым входом фазового детектора, а выход фазового детектора соединен с вычислительным блоком,отличающееся тем, что в него введены спектральный селектор, второй фотоприемник и коммутатор, причем вход спектрального селектора оптически связан с выходом световода,а выходы спектрального селектора - с первым и вторым приемниками излучения, выходы которых соединены с входами коммутатора, а выход коммутатора соединен с первым входом фазового детектора.(56) 1. А.с. СССР 1142731, 1985. 2. Патент РБ 438, МПК 01 3/12. Устройство измерения длины волны когерентного оптического излучения / В.Л. Козлов, С.И. Чубаров, 2001. 3. Пейсахсон И.В. Оптика спектральных приборов. - М. Машиностр., 1970. - 272 с. 4. Гауэр Дж. Оптические системы связи / Пер. с англ. - М. Радио и связь, 1989. С. 52-54. 41372008.02.28 Полезная модель относится к области оптического спектрального приборостроения и может быть использована для исследования параметров двухчастотных источников когерентного оптического излучения. Известно устройство 1, содержащее оптически связанные источник излучения, модулятор, волоконно-оптический световод, фотоприемник, соединенный с фазовым детектором, выход которого соединен с вычислительным блоком, и генератор, соединенный с модулятором, вторым входом фазового детектора и вычислительным блоком. Однако 1 имеет низкую точность и узкий диапазон измерения длины волны. Наиболее близким к предлагаемому является устройство измерения длины волны когерентного оптического излучения 2, содержащее оптически связанные источник излучения, амплитудный модулятор, волоконно-оптический световод, используемый в качестве дисперсионного элемента, фотоприемник, фазовый детектор, усилитель, управляемый генератор и вычислительный блок. Однако 2 не позволяет измерять две длины волны излучения двухволнового лазера. Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в обеспечении возможности измерения двух длин волн когерентного излучения двухволнового лазера. Предлагаемая полезная модель обеспечивает высокую точность и широкий диапазон измерений каждой из длин волн излучения двухволнового лазера. Поставленная задача решается путем того, что в устройство измерения длины волны излучения двухволнового лазера, содержащее оптически связанные источник излучения,амплитудный модулятор, волоконно-оптический световод, используемый в качестве дисперсионного элемента, фотоприемник и последовательно соединенные фазовый детектор,усилитель, управляемый генератор, вычислительный блок, причем выход генератора также соединен с модулятором и вторым входом фазового детектора, а выход фазового детектора соединен с вычислительным блоком, введены спектральный селектор, второй фотоприемник и коммутатор, причем вход спектрального селектора оптически связан с выходом световода, а выходы спектрального селектора - с первым и вторым приемниками излучения, выходы которых соединены с входами коммутатора, а выход коммутатора соединен с первым входом фазового детектора. Сущность полезной модели заключается в реализации режима оптико-электронной синусоидальной рециркуляции (амплитудной модуляции) на двух оптических длинах волн излучения двухволнового лазера. В качестве дисперсионного элемента используется волоконно-оптический световод. Время распространения оптического излучения в световоде будет зависеть от длины волны излучения. Измеряя частоту рециркуляции на первой длине волны излучения определяется ее коэффициент преломления в световоде, а, следовательно, и длина волны излучения. Измеряя разность частот рециркуляции на первой и второй длинах волн определяется вторая длина волны излучения. Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник лазерного излучения 1, амплитудный модулятор 2, дисперсионный волоконный световод 3, первый фотоприемник 4, фазовый детектор 5, усилитель 6, управляемый генератор 7, вычислительный блок 8, спектральный селектор 9, второй фотоприемник 10, коммутатор 11. Устройство работает следующим образом. Исследуемый когерентный оптический сигнал на длинах волн 1, 2 от источника излучения 1 (двухволнового лазера) модулируется по амплитуде модулятором 2, управляемым сигналом с генератора 7. Модулированное оптическое излучение поступает в дисперсионный волоконный оптический световод 3. После прохождения световода излучение попадает на спектральный селектор 9, где происходит пространственное разделение излучения на два пучка, в одном концентрируется излучение на длине волны 1, в другом - 2. С выходов спектрального селектора 9 излуче 2 41372008.02.28 ние на длине волны 1 попадает на первый фотоприемник 4, а на длине волны 2 - на второй фотоприемник 10. Аналоговый коммутатор 11 сначала подает сигнал с первого фотоприемника 4 на вход фазового детектора 5. На другой вход фазового детектора 5 подается модулирующий сигнал с генератора 7. Сигнал рассогласования с выхода фазового детектора через усилитель 6 подается на вход управления генератора 7, и частота генератора изменяется таким образом, чтобы фаза сигнала с фотоприемника 4 совпадала с фазой модулирующего сигнала с генератора 7, то есть фактически возникает синусоидальная рециркуляция излучения. При этом период модулирующего сигнала (рециркуляции) 1 будет определяться оптической задержкой излучения в световоде 3 при постоянной электрической задержке в функциональных блоках устройства. Период модуляции будет определяться следующим образом 11/ ,где- длина световода, 1 - коэффициент преломления для длины волны излучения 1,с - скорость света,- время электрической задержки в блоках 4, 11, 5, 6, 7. Таким образом, частота модуляции (синусоидальной рециркуляции) излучения в системе в установившемся режиме будет равна 11/1 (2), где 1 - суммарная задержка излучения в петле обратной связи на длине волны 1. Модулирующий сигнал поступает в вычислительный блок 8, где определяется значение его частоты 1 с высокой точностью. Определив частоту модуляции (время оптической задержки излучения в световоде), значение коэффициента преломления в световоде 1 на длине волны 1, полученное из (1),(2), вычисляется по формуле 1 Затем аналоговый коммутатор 11 подает сигнал со второго фотоприемника 10 на вход фазового детектора 5. Сигнал рассогласования с выхода фазового детектора изменяет частоту генератора 7 таким образом, чтобы фаза сигнала на длине волны 2 с фотоприемника 10 совпадала с фазой модулирующего сигнала с генератора 7. Определив частоту модуляции 2, значение коэффициента преломления 2 на длине волны 2, вычисляется по формуле 2 Разность коэффициентов преломленияна длинах волн излучения двухволнового лазера 1, 2 будет иметь вид 1 1. Определив один из коэффициентов преломления 1, 2 и разность коэффициентов преломления , используя известные формулы и таблицы, например 3, 4, определяются длины волн оптического излучения 1, 2 и разность длин волн излучения 1 - 2. Если длины волн оптического излучения изменятся, то изменятся оптические задержки излучения 1, 2, а, следовательно, и частоты модуляции 1, 2, и результаты расчета показателей преломления (3)-(5) дадут новые значения, соответствующие длинам волн излучения двухволнового лазера. 3 41372008.02.28 Как видно из формул (3), (4), в нее 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 или при нулевой длине волокна. Длину волоконного световодаследует выбирать таким образом, чтобы время задержки в нем оптического излучения с длиной волны ,. При длине световода в несколько сотен метров 10-3 . В этом случае флуктуации электрической задержки с относительной нестабильностью 10-5 практически не будут оказывать никакого влияния на погрешность измерений системы в целом. Если исследуемый источник излучения имеет узкую спектральную линию, то сигнал фазового рассогласования на выходе блока 5 будет иметь постоянное (нулевое) значение,а частота модуляции будет определяться длиной волны излучения. Если источник излучения имеет более широкую спектральную линию, то сигнал на выходе фазового детектора будет флуктуировать со средним значением, равным нулю, при этом средняя частота модуляции будет определяться средней длиной волны спектральной линии, а амплитуда и спектр фазовых флуктуаций на выходе блока 5 определяются шириной спектральной линии. Сигнал с выхода фазового детектора 5 подается в вычислительный блок 8, где определяется амплитуда и спектр фазовых флуктуаций. Таким образом, благодаря тому, что в устройстве реализуется режим оптико-электронной синусоидальной рециркуляции на двух оптических длинах волн, обеспечивается возможность измерения каждой из длин волн генерации двухволнового лазера. При этом обеспечивается высокая точность и широкий диапазон измерений каждой из длин волн излучения, а также наряду с определением длины волны система позволяет определять и ширину спектральной линии излучения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.