ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ НА ЛИНИИ P(16) ИЗОТОПА АЦЕТИЛЕНА СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ПО ТЕМПЕРАТУРЕ ФАЗОМОДУЛЯЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Рассмотрен метод стабилизации частоты излучения полупроводникового лазерного диода фазомодуляционным методом, выявлены критерии, влияющие на качество стабилизации, получены показатели девиации Аллана. Собрана экспериментальная установка, в основе которой лежат: полупроводниковый диод с распределенной обратной связью, волоконный фазовый модулятор, электрический генератор сигналов, кювета с изотопом ацетилена-13, фотоприемное устройство, синхронный детектор и персональный компьютер для обработки измерений. Фазомодулированное излучение лазерного диода после прохождения через газовую кювету содержит информацию о положении спектральной линии излучения относительно центра одной из линий поглощения газа. Молекулярные линии газа обеспечивают эталон частоты с низкой чувствительностью к внешним воздействиям. С помощью опорного сигнала генератора на выходе синхронного детектора можно получить сигнал ошибки, который используется для управления длиной волны лазерного источника посредством изменения его температуры. Рассчитаны показатели девиации Аллана для частоты лазерного диода. Показано, что при помощи базового метода с контуром на основе температуры можно улучшить долговременную стабильность в области 0,1–100 с до 1∙10^–8 (девиация Аллана). Данный метод стабилизации может быть использован при построении компактных стандартов оптической частоты повышенной надежности для космических применений.

1. Edwards C.S., Margolis H.S., Barwood G.P. et al. High-accuracy frequency atlas of ¹³C₂H₂ in the 1.5 μm region // Applied Physics B: Lasers and Optics. 2005. V. 80. N 8.
   P. 977–983. doi: 10.1007/s00340-005-1851-0
2. Felder R. Practical realization of the definition of the metre, including recommended radiations of other optical frequency standards (2003) // Metrologia. 2005. V. 42. N 4.P. 323–325. doi: 10.1088/0026-1394/42/4/018
3. Svelto C. et al. 194 369 569.4(5) MHz optical frequency standard based on ¹³C₂H₂ p(16) saturated line // Proc. 19^th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference. Anchorage, USA, 2002. V. 1. P. 69–72.
4. Edwards C.S., Patel P., Barwood G.P., Gill P. Development of a compact 1.54 μm acetylene standard at NPL // Proc. Conference on Precision Electromagnetic Measurements Digest. Broomfield, USA, 2008. P. 294–295. doi: 10.1109/CPEM.2008.4574769
5. Nakagawa K., Sato Y., Musha M., Ueda K. Modulation-free acetylene-stabilized lasers at 1542 nm using modulation transfer spectroscopy // Applied Physics B: Lasers and Optics. 2005. V. 80. N 4-5. P. 479–482.
6. Ahtee V., Merimaa M., Nyholm K. Fiber-based
   acetylene-stabilized laser // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2009. V. 58. N 4. P. 1211–1216. doi: 10.1109/TIM.2008.2008476
7. Moon H.S., Lee W.K., Suh H.S. Absolute-frequency measurement of an acetylene-stabilized laser locked to the P(16) transition of ¹³C₂H₂ using an optical-frequency comb // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2007. V. 56. N 2. P. 509–512. doi: 10.1109/TIM.2007.891056
8. Latrasse C., Pelletier F., Doyle A., Savard S., Babin A. et al. High performances frequency-stabilized semiconductor laser metrology sources for space-borne spectrometers // Proceedings of SPIE. 2006. V. 10567. doi: 10.1117/12.2308112
9. Balling P., Fischer M., Kubina P., Holzwarth R. Absolute frequency measurement of wavelength standard at 1542nm: acetylene stabilized DFB laser // Optics Express. 2005. V. 13. N 23. P. 9196–9201. doi: 10.1364/OPEX.13.009196
10. Triches M., Michieletto M., Hald J., Lyngso J.K., Lægsgaard J., Bang O. Optical frequency standard using acetylene-filled hollow-core photonic crystal fibers // Optics Express. 2015. V. 23. N 9. P. 11227–11241. doi: 10.1364/OE.23.011227
11. Liang W., Ilchenko V.S., Eliahu D. et al. Ultralow noise miniature external cavity semiconductor laser // Nature Communications. 2015. V. 6. Art. 7371. doi: 10.1038/ncomms8371
12. Шелестов Д.А., Долонов И.А., Кошелев К.И., Пнев А.Б. Хранитель частоты на линии P(16) ¹³C₂H₂ для космического применения // V Всероссийская конференция по фотонике и информационной оптике. Москва, МИФИ, 2016. С. 69–70.
13. Schuldt T., Doringshoff K., Milke A. et al. High-performance optical frequency references for space // Journal of Physics: Conference Series. 2017. V. 723. N 1. Art. 012047. doi: 10.1088/1742-6596/723/1/012047
14. Philippe C., Holleville D., Le Targat R., Wolf P., Leveque T., Goff R.Le, Martaud E., Acef O. A compact frequency stabilized telecom laser diode for space applications // Proceedings of SPIE. 2017. V. 10562. doi: 10.1117/12.2296121
15. Philippe C., Le Targat R., Holleville D. et al. Frequency tripled 1.5 µm telecom laser diode stabilized to iodine hyperfine line in the 10−15 range // Proc. 2016 European Frequency and Time Forum. York, UK, 2016. doi: 10.1109/EFTF.2016.7477827
16. Bjorklund C.C., Levenson M.D., Lenth W., Ortiz C. Frequency modulation (FM) spectroscopy - theory of lineshapes and signal-to-noise analysis // Applied Physics B Photophysics and Laser Chemistry. 1983. V. 32. N 3. P. 145–152. doi: 10.1007/BF00688820
17. Drever R.W.P., Hall J.L., Kowalski F.V. et al. Laser phase and frequency stabilization using an optical resonator // Applied Physics B Photophysics and Laser Chemistry. 1983. V. 31. N 2. P. 97–105.
18. Шелестов Д., Томилов С. Стабилизация длины волны излучения диодных лазеров. Динамические характеристики элементов Пельтье // Фотоника. 2016.№ 4(58). С. 52–63.doi: 10.22184/1993-7296.2016.58.4.52.63

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License