Устройство измерения длины волны когерентного оптического излучения

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ КОГЕРЕНТНОГО ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения и может быть использовано для исследования параметров источников когерентного оптического излучения. Задачи изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения длины волны. Для решения поставленной задачи предлагается использовать в качестве дисперсионного элемента волоконно-оптическую линию задержки (волоконный световод). В предлагаемом устройстве реализуется режим амплитудной модуляции излучения (синусоидальной рециркуляции). Измеряя частоту (период) модуляции определяется коэффициент преломления излучения в световоде, а следовательно и длина волны излучения. Для реализации режима амплитудной модуляции в устройство вводится усилитель, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход соединен со входом управления генератора. 4388 1 Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения и может быть использовано для исследования параметров источников когерентного оптического излучения. Известны устройства измерения длины волны оптического излучения 1,2, основанные на использовании дисперсионных призм, дисперсионных решеток, различных типов интерферометров. Недостатком таких приборов является невысокое разрешение по длине волны, сложность конструкции, узкий диапазон и большое время измерений. Наиболее близким к предлагаемому является устройство 3, 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 3 имеет низкую точность и узкий диапазон измерения длины волны. Задачи изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения длины волны. Для решения поставленной задачи предлагается использовать в качестве дисперсионного элемента волоконно-оптическую линию задержки (волоконный световод). В предлагаемом устройстве реализуется режим амплитудной модуляции излучения (синусоидальной рециркуляции). Измеряя частоту (период) модуляции определяется коэффициент преломления излучения в световоде, а следовательно и длина волны излучения. Для реализации режима амплитудной модуляции в устройство вводится усилитель, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход соединен со входом управления генератора. На фигуре представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник лазерного излучения 1, амплитудный модулятор 2, дисперсионный волоконный световод 3, фотоприемник 4, фазовый детектор 5, усилитель 6, управляемый генератор 7, вычислительный блок 8. Устройство работает следующим образом. Исследуемый когерентный оптический сигнал длины волныот источника излучения 1 модулируется по амплитуде модулятором 2, управляемым сигналом с генератора 7. Модулированное оптическое излучение поступает в дисперсионный волоконный оптический световод 3. После прохождения световода излучение регистрируется фотоприемником 4 и поступает 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. При этом оптическая задержка излучения в световоде 3 будет равняться периоду модулирующего сигнала , который определяется оптической задержкой излучения в световоде 3 при постоянной электрической задержке в блоках 4, 5, 6, 7. Период модуляции будет определяться следующим образом(1)/,где- длина световода,- коэффициент преломления для длины волны излучения , с - скорость света,время электрической задержки в блоках 4, 5, 6, 7. 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. Таким образом, частота модуляции излучения в системе в установившемся режиме будет равна 1/ (2),где- суммарная задержка излучения в петле обратной связи. Модулирующий сигнал поступает в вычислительный блок 8, где определяется значение его частотыс высокой точностью. Определив частоту модуляции (время оптической задержки излучения в световоде), значение коэффициента преломления , на длине волны , полученное из (1), (2), вычисляется по формуле Определив коэффициент преломленияи используя известные формулы и таблицы, например 1, 4,определяется длина волны оптического излучения . Если длина волны оптического излучения изменится и станет равна 1, то изменится оптическая задержка излучения 1 (1), а следовательно и частота модуляции 1 (2) и результаты расчета показателя преломления (3) дадут новое значение 1, соответствующее 1. Как видно из формулы (3), 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. 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 2 4388 1 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, наряду с определением длины волны излучения система позволяет определять и ширину спектральной линии излучения. Источники информации 1. Пейсахсон И. В. Оптика спектральных приборов. - М. Машиностроение, 1970. - 272 с. 2. А.с. СССР 1603202, 1990. - Бюл.40. 3. А.с. СССР 1142731, 1985. 4. Гауэр Дж. Оптические системы связи Пер. с англ. - М. Радио и связь, 1989. - С. 52-54. Устройство измерения длины волны когерентного оптического излучения, 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, отличающееся тем, что включает усилитель, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а выход соединен со входом управления генератора, при этом волоконно-оптический световод использован в качестве дисперсионного элемента. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3