Журавльова О В, Іванов А В, Ісаєв Д С, Леонович А І, Курносов В Д, Курносов К В, Чернов Р В, Шишков В В

ФГУП «НДІ« Полюс »ім М Ф Стельмаха Введенського вул, ДЗ, м Москва, 117342, Росія тел: +7 (495) 3330513, e-mail: dilas@mailmagelanru Плешанов С А

ФГУП 1ЧПП «Істок»

Вокзальна вул, Д2а, м Фрязіно, Московська область, 141190, Росія

Анотація – Представлені результати досліджень одночастотного перебудованого лазера, призначеного ДЛЯ накачування цезієвого стандарту частоти Експериментально показано, що лазер генерує на одній частоті, незважаючи на те, що в контур дифракційної решітки на волокні потрапляє кілька поздовжніх мод зовнішнього резонатора Зміна довжини хвилі генерації можливо за рахунок регулювання струму накачування лазера, його температури і температури решітки Ширина лінії генерації не перевищує 2 МГц при ПОТУЖНОСТІ випромінювання 10 мВт

I                                       Введення

в даний час широкого поширення набули глобальні навігаційні супутникові системи, такі як американська Глобальна Система Позиціонування (GPS) і російська Глобальна Навігаційна Супутникова Система (ГЛОНАСС)

Базовим приладом таких систем є цезієвий стандарт частоти на основі атомно-променевої трубки (АЛТ) У АЛТ використовується перехід між підрівнями F = 3 і F = 4 рівня на частоті ~ 9192 ГГц Накачування атомів цезію здійснюється на частоті 352 ТГц (лінія Ог цезію, Я = 85212 нм)

Серійно випускаються в даний час АЛТ з магнітною селекцією атомних станів практично досягли межі вдосконалення Значне поліпшення характеристик АЛТ можливо за рахунок принципово нової схеми лазерного збудження та реєстрації атомного пучка

Найбільш перспективними для використання в АЛТ є напівпровідникові лазери, які відрізняються виключно малими габаритами і вагою, простотою накачування, вьюокой ефективністю перетворення електричної енергії в когерентне випромінювання в діапазоні довжин хвиль 850-895 нм, що охоплюють область резонансних оптичних переходів в атомах цезію Важливою вимогою для напівпровідникових лазерів, що використовуються в АЛТ, є одночастотний режим генерації

II                              Основна частина

Для отримання одночастотного режиму роботи напівпровідникового лазера в роботі використовувалася конструкція приладу на базі дифракційних грат, сформованої в одномодовом оптичному волокні

Схематично конструкція лазера представлена ​​на рис1 У запропонованій схемі дифракційна решітка, сформована у волокні, встановлюється з протилежного вихідному дзеркалу боку резонатора лазера Це дозволяє збільшити коефіцієнт відбиття дифракційної решітки до 100%, зменшити поріг генерації лазера і тим самим знизити його енергоспоживання Решітка встановлюється на окремий Мікроохолоджувачі, що дозволяє змінювати її температуру незалежно від температури, при якій знаходиться кристал лазера Фотографія загального вигляду приладу представлена ​​на рис2

У роботі використовувалися лазерні діоди, виготовлені на основі гетероструктур GaAIAs / GaAs На грань кристала, зверненої до грат, наносилося покриття, що просвітлює, на протилежну грань наносилося захисне покриття

Рис 1 Схематичне зображення конструкції активного елемента лазера: 1 – дифракційна решітка на волокні, 2 – оптичне волокно,

3 – кристал лазера, 4 – коліматор (градієнтна лінза), 5 – мідна підставка, 6 – Мікроохолоджувачі

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 Фотографія загального вигляду приладу

Fig 2 General view photo ofthe device

Коефіцієнт відображення дифракційної решітки становив величину ~ 90% Дифракційна решітка спільно з гранню лазера із захисним покриттям (R ~ 30%) утворює резонатор, який визначає основні параметри приладу: довжину хвилі генерації, ширину лінії генерації, вихідну потужність, струм накачування Коліматор, що представляє собою градиентную лінзу, визначає кутову розбіжність і поперечний переріз пучка

Підстроювання довжини хвилі випромінювання лазера здійснювалася за рахунок нагрівання (або охолодження) решітки Мікроохолоджувачі Для стабілізації параPuc 4 Спектр випромінювання приладу, записаний за допомогою оптичного аналізатора спектра фірми «Ando» (AQ6317B) з роздільною здатністю 001 нм (а) і аналізатора спектра фірми «Advantest» (Q8347) з роздільною здатністю 0002 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 0002 nm)

Ha рісЗ представлена ​​ват-амперна характеристика випромінювача на виході коллиматора

На рис4, а представлений спектр випромінювання лазера, записаний на оптичному аналізаторі спектра фірми «Ando» (AQ6317B) при спектральному дозволі приладу 001 НМ З рис4, а видно, що придушення бічних МОД перевищує 30 дБ, однак не дозволяються поздовжні моди зовнішнього резонатора На рис4, б представлений спектр, прописаний на аналізаторі фірми «Advantest» (Q8347) з роздільною здатністю 0002 НМ Видно, ЩО в околиці генеруючої МОДИ відбувається МАЙЖЕ повне придушення бічних МОД зовнішнього резонатора

Вимірювання показали, що при зміні струму накачування довжина хвилі випромінювання змінювалася зі швидкістю ΔΑ / Δ / = 45-10 ^ А / мА Вимірювання ширини лінії випромінювання показало, що її ширина не перевищує 2 МГц при ПОТУЖНОСТІ випромінювання 10 мВт При зміні температури дифракційної решітки довжина хвилі випромінювання лазера змінювалася як = 48-10 ^ А / град Кутова расходимость на виході випромінювача була -10 ^ радий

метрів випромінювання лазерний діод також встановлювався на окремий Мікроохолоджувачі Змінюючи струм накачування лазерного діода, його температуру або температуру решітки, довжина хвилі випромінювання лазера налаштовується на D2 лінію цезію

III                                     Висновок

Розроблений прилад може бути використаний ДЛЯ накачування цезієвих стандартів частоти Введення

додаткової можливості підстроювання ДОВЖИНИ

Рис 3 Ватт-амперна характеристика приладу Fig 3 Light-current characteristic for the device

ХВИЛІ випромінювання за рахунок зміни температури решітки дозволяє простіше налаштовуватися на лінію □ 2 цезію

Крім ЦЬОГО, розроблений випромінювач може знайти широке застосування в магнітометри, спектроскопії високого дозволу, в метрології, в системах когерентної передачі та обробки інформації

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@mailmagelanru 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 Fig1 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 = 48-10 ^ 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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р