Введение
Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи
1.1. Флуктуации и сдвиги частоты излучения лазеров 22
1.2. Активные методы стабилизации частоты
1.2.1. Общие принципы стабилизации частоты 26
1.2.2. Классификация методов стабилизации 30
1.3. Стабилизация в одночастотном режиме работы
1.3.1. Стабилизация по кривой усиления 32
1.3.2. Стабилизация по нелинейно поглощающей внутренней ячейке 33
1.3.3. Стабилизация по интерферометру 35
1.3.4. Стабилизация по линейно поглощающей
внешней ячейке 37
1.3.5. Стабилизация по нелинейно поглощающей внешней
ячейке 38
1.3.6. Комбинированные методы 39
1.4. Стабилизация в многочастотном режиме работы
1.4.1. Стабилизация по дисперсионным кривым 40
1.4.2. Метод частотной привязки 41
1.4.3. Стабилизация по конкурентным резонансам 43
1.4.4. Стабилизация по частотным резонансам 45
1.5. Стабилизация методом терморегулирования длины резонатора 47
1.6 Общие выводы и формулировка комплекса задач диссертационной работы 52
Глава 2. Теоретические основы проектирования частотно-стабилизированных лазеров решаемые в главе задачи 57
2.1. Модель частотно-стабилизированного лазера
2.1.1. Взаимосвязь спектра сигнала на выходе оптического дискриминатора с флуктуациями частоты излучения лазера 58
2.1.2. Структурная схема частотно-стабилизированного лазера 65
2.1.3. Предельное значение кратковременно нестабильности частоты, достижимое при стабилизации 67
2.1.4. Передаточная функция системы АПЧ 71
2.1.5. Быстродействие лазерной системы 75
2.1.6. Долговременная нестабильность и погрешность воспроизведения частоты излучения лазера 76
2.1.7. Сдвиги частоты репера и способы их снижения 78
2.1.8. Сдвиги частоты, вносимые системой АПЧ 83
2.1.9. Способы снижения ошибок систем АПЧ 88
2.1.10. Общие рекомендации по повышению стабильности
частоты излучения лазеров 92
2.2. Активные элементы
2.2.1. Требования к активным элементам 94
2.2.2. Пути реализации требований 94
2.2.3. Возможные конструкции мощных и сверхмощных активных элементов 96
2.3. Высоковольтные источники питания
2.3.1. Отличительные особенности источников питания для частотно-стабилизированных лазеров 98
2.3.2. Однотактные схемы 100
2.4. Исполнительные элементы
2.4.1. Передаточная функция исполнительных элементов 101
2.4.4. Быстродействующие исполнительные элементы 103
2.4.3. Широкодиапазонные исполнительные элементы 106
Вывод ы 108
Глава 3. Лазеры с внутренними зеркалами Решаемые в главе задачи 110
3.1. Частотно-стабилизированный лазер ЛГН-303
3.1.1. Спектральные и дискриминационные
характеристики лазеров с внутренними зеркалами 111
3.1.2. Ожидаемая кратковременная нестабильность частоты излучения и передаточная функция оптимальной системы АПЧ 118
3.1.3. Конструкции и характеристики стабилизированных лазеров 125
3.1.4. Сдвиги частоты излучения стабилизированного лазера 134
3.1.5. Исследования ширины линии излучения 138
3.1.6. Результаты испытаний опытных образцов лазера ЛГН-303 140
3.2. Лазер с ультракоротким резонатором для абсолютных гравиметров
3.2.1. Требования к лазеру 145
3.2.2. Воспроизводимость частоты при различных способах начального прогрева 146
3.2.3. Влияние температуры, установившейся после начального прогрева, на воспроизводимость частоты лазеров с внутренними зеркалами 148
3.2.4. Лазеры с ультракороткими резонаторами 150
3.2.4.1. Погрешность воспроизведения частоты 150
3.2.4.2. Флуктуации частоты и оценка допустимого уровня дестабилизирующих факторов 151
3.2.6. Результаты испытаний лазеров 153
3.3. Кольцевой лазер 155
3.4. Зеемановские лазеры
3.4.1. Стабилизация методом терморегулирования по равенству ортогональных составляющих 158
3.4.2. Терморегулируемый активный элемент с ультракоротким резонатором 160
3.4.3. Методы стабилизации по экстремуму частотной зависимости 161
3.5. Лазеры с фазоанизотропным элементом
3.5.1. Фазоанизотропные резонаторы 165
3.5.2. Методы терморегулирования для получения фазоанизотропии 167
3.6. Многоволновые лазеры
3.6.1. Амплитудно-частотные характеристики излучателей 168
3.6.2. Стабилизация в двухволновом режиме 170
3.6.3. Система автоподстройки частоты 172
к 3.6.4. Экспериментальные данные 173
Вывод ы 174
Глава 4. Лазеры с ячейками поглощения решаемые в главе задачи 177
4.1. Стабилизация по внешней зеемановскои ячейке
4.1.1. Исследования приборов типа ЛГ-149-1 178
4.1.2. Влияние флуктуации тока разряда на флуктуации частоты 184
4.1.3. Конструкции с терморегулируемыми резонаторами 188
4.2. Стабилизация по внутренней йодной ячейке
4.2.1. Особенности метода терморегулирования при узком резонансе 190
4.2.2. Терморегулируемый излучатель с йодной ячейкой 193
4.2.3. Метод стабилизации с пространственно разнесёнными
встречными волнами в ячейке 195
4.2.4. Получение узкой спектральной линии 197
4.2.5. Исследование модулирующей приставки 203
4.3. Стабилизация по метановой ячейке
4.3.1. Исследование промышленной портативной конструкции 205
4.3.2. Излучатель Не-Ые/СНрлазера с терморегулированием длины резонатора 209
Выводы 210
Глава 5. Обработка экспериментальных данных о частотных флуктуациях и прецизионные системы автоподстройки
Решаемые в главе задачи 212
5.1. ПРактические методы измерения стабильности и воспроизводимости
5.1.1. Измерения методом оптического гетеродинирования в двух каналах 212
5.1.2. Экспериментальные результаты измерений 218
5.1.3. Вычисление корреляционной функции и спектральной плотности флуктуации частоты по набору значений нестабильности 222
5.2. Влияние внешних возмущающих факторов и их допустимое значение
5.2.1. Экспериментальные оценки степени влияния возмущений 226
5.2.2. Влияние изменений температуры, давления и турбулентных потоков окружающей среды 227
5.2.3. Влияние вибраций и акустических колебаний 228
5.2.4. Влияние обратных отражений 230
5.2.5. Влияние колебаний напряжения питающей сети 235
4.4. Системы автоподстройки с частотной модуляцией и цифровые системы
4.4.1. Система АПЧ с частотной модуляцией поискового сигнала 236
4.4.2. Система АПЧ с частотной модуляцией косвенного действия 248
4.4.3. Цифровая система АПЧ на основе частотной модуляции 251
4.4.4. Система АПЧ с квантованием фаза сигнала 255
ошибки
4.4.5. Результаты экспериментальных исследований помехоустойчивости систем с частотной модуляцией.. 259Выводы 264
Заключение 266
Список литературы
