[go: up one dir, main page]

RU2490788C1 - System for automatic adjustment of frequency of scattered lasers - Google Patents

System for automatic adjustment of frequency of scattered lasers Download PDF

Info

Publication number
RU2490788C1
RU2490788C1 RU2012138228/08A RU2012138228A RU2490788C1 RU 2490788 C1 RU2490788 C1 RU 2490788C1 RU 2012138228/08 A RU2012138228/08 A RU 2012138228/08A RU 2012138228 A RU2012138228 A RU 2012138228A RU 2490788 C1 RU2490788 C1 RU 2490788C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
earth
laser
radiation
lasers
Prior art date
Application number
RU2012138228/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Фёдорович Меньших
Original Assignee
Олег Фёдорович Меньших
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Фёдорович Меньших filed Critical Олег Фёдорович Меньших
Priority to RU2012138228/08A priority Critical patent/RU2490788C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2490788C1 publication Critical patent/RU2490788C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: system for automatic adjustment of frequency of scattered lasers with a continuous radiation mode includes multiple coupled automatic frequency adjustment circuits, each including series-connected photomixer, discriminator, integrator and direct current amplifier connected to a piezoelectric corrector of the radiation frequency of the corresponding continuous wave laser, wherein one automatic frequency adjustment system from two continuous wave lasers is mounted on an artificial earth satellite which is fixed relative the earth, and the other two are mounted on the earth's surface.
EFFECT: enabling measurement of blue shift of monochromatic radiation of a powerful continuous wave laser which is aimed at the earth's surface from an artificial earth satellite which is fixed over a given point on the earth's surface due to the effect of the earth's gravitational field.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и автоматики применительно к системам автоматической подстройки частоты излучения газовых лазеров непрерывного действия с улучшенными стабилизационными характеристиками и может быть использовано в космической технологии, в частности, для измерения «фиолетового смещения» частоты лазерного излучения в гравитационном поле Земли.The invention relates to the field of radio engineering and automation in relation to systems for automatically adjusting the frequency of emission of continuous gas gas lasers with improved stabilization characteristics and can be used in space technology, in particular, to measure the "violet shift" of the frequency of laser radiation in the Earth's gravitational field.

Известны системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) связанных газовых лазеров непрерывного действия, взаимно когерентное излучение которых частично подается на фотосмеситель, на выходе которого формируется электрический сигнал с разностной частотой, который после его усиления в полосовом тракте воздействует на последовательно соединенные дискриминатор, интегратор и усилитель постоянного тока, выходом подключенный к пьезокорректору частоты излучения регулируемого по частоте лазера [1-7]. При этом частоты излучения двух связанных лазеров отличаются на среднюю частоту настройки дискриминатора. Указанный пьезокорректор включен в состав резонатора лазера, изменяя его длину, в связи с чем изменяется и частота лазерного излучения [8-9]. Действие таких систем АПЧ с маломощным высокостабильным лазером, колебания которого смешиваются с колебаниями мощного стабилизируемого лазера непрерывного действия и сравниваются с центральной частотой настройки дискриминатора, в результате чего возникает сигнал ошибки, фильтруемый интегратором и усиливаемый в усилителе постоянного тока, которым управляется частота излучений мощного лазера, в резонатор которого введен связанный с зеркалом резонатора пьезокорректор, с поддержанием постоянной во времени разности частот обоих лазеров на известную величину с высокой точностью.Known automatic frequency control (AFC) systems for continuous gas coupled gas lasers, mutually coherent radiation of which is partially fed to a mixer, the output of which is an electric signal with a difference frequency, which, after amplification in the strip path, acts on a series-connected discriminator, integrator and constant amplifier current output connected to a piezoelectric corrector of the frequency of the radiation controlled by the frequency of the laser [1-7]. In this case, the radiation frequencies of two coupled lasers differ by the average discriminator tuning frequency. The indicated piezoelectric corrector is included in the composition of the laser cavity, changing its length, and therefore the frequency of the laser radiation also changes [8–9]. The action of such AFC systems with a low-power, highly stable laser, the oscillations of which are mixed with the vibrations of a powerful stabilized continuous-wave laser and are compared with the central frequency of the discriminator tuning, resulting in an error signal filtered by an integrator and amplified in a direct current amplifier, which controls the frequency of the high-power laser radiation, into the resonator of which a piezoelectric corrector connected to the resonator mirror is introduced, maintaining a constant time difference between the frequencies of both lasers s by a known value with high accuracy.

Недостатком известных систем АПЧ является сложность автоподстройки частоты одного лазера под другой в случае значительного рассредоточения этих лазеров в пространстве, например, при установке одного их них на искусственном спутнике земли (ИСЗ), неподвижно расположенном относительно заданной точки земной поверхности (как в спутниках-ретрансляторах системы «Гланас»), а другого лазера - на земле.A disadvantage of the known AFC systems is the difficulty of automatically adjusting the frequency of one laser under another in the case of a significant dispersion of these lasers in space, for example, when one of them is installed on an artificial earth satellite (AES), motionless located relative to a given point on the earth's surface (as in the system’s repeater satellites Glanas), and another laser on the ground.

Указанный недостаток устранен в заявляемом техническом решении.The specified disadvantage is eliminated in the claimed technical solution.

Целью изобретения является обеспечение возможности измерения «фиолетового смещения» монохроматического излучения мощного лазера непрерывного действия, направленного на земную поверхность с искусственного спутника земли, неподвижно расположенного над данной точкой земной поверхности, обусловленного действием гравитационного поля Земли.The aim of the invention is to provide the ability to measure the "violet displacement" of monochromatic radiation of a powerful continuous-wave laser directed to the earth's surface from an artificial earth satellite, motionlessly located above a given point on the earth's surface, due to the action of the Earth's gravitational field.

Указанная цель достигается в системе автоматической подстройки частоты рассредоточенных лазеров с непрерывным режимом излучения, содержащей несколько взаимно связанных цепей автоподстройки частоты, включающих каждая последовательно соединенные фотосмеситель, дискриминатор, интегратор и усилитель постоянного тока, подключенный к пьезокорректору частоты излучения соответствующего лазера непрерывного действия, отличающаяся тем, что одна система автоподстройки частоты из двух лазеров непрерывного действия - высокостабильного маломощного и мощного, снабженного передающим телескопом, ориентированным на земную поверхность, размещена на неподвижном относительно земли искусственном спутнике земли, а две другие системы автоподстройки частоты расположены на земной поверхности, фотосмеситель первой из них связан через приемный телескоп с излучением мощного лазера искусственного спутника земли, а его выход через малошумящий полосовой усилитель связан с перестраиваемым по частоте дискриминатором, дополнительный выход которого подсоединен к измерителю частоты настройки этого дискриминатора, а фотосмеситель второй земной системы автоподстройки частоты оптически связан с частью излучения лазера первой земной системы и второго лазера наземной системы, частота излучения которого подстраивается системой автоподстройки частоты, при этом выход усилителя постоянного тока подключен к пьезокорректору второго лазера наземной системы, а также передается в цифровом кодированном виде по радиоканалу на искусственный спутник земли через аналого-цифровой наземный передатчик с СВЧ антенной и цифро-аналоговый приемник с СВЧ антенной, установленной на искусственном спутнике земли и ориентированной на наземную СВЧ антенну.This goal is achieved in a system for automatically adjusting the frequency of scattered lasers with a continuous radiation mode, containing several mutually interconnected circuits of self-tuning the frequency, including each series-connected photo-mixer, discriminator, integrator and DC amplifier connected to a piezoelectric corrector of the radiation frequency of the corresponding continuous-wave laser, characterized in that one self-tuning system of two continuous-frequency lasers is highly unstable sensible and powerful, equipped with a transmitting telescope oriented to the earth’s surface, is located on an artificial earth satellite that is stationary relative to the earth, and the other two self-tuning systems are located on the earth’s surface, the first of them is connected through a receiving telescope to the radiation of a powerful laser of an artificial earth satellite, and its output through a low-noise strip amplifier is connected to a frequency-tunable discriminator, the additional output of which is connected to a frequency meter this discriminator, and the photo-mixer of the second terrestrial auto-frequency control system is optically coupled to a part of the laser radiation of the first terrestrial system and the second laser of the ground-based system, the radiation frequency of which is adjusted by the auto-frequency-controlled system, while the output of the DC amplifier is connected to the piezoelectric corrector of the second laser of the ground-based system, and transmitted digitally encoded over the air to an artificial earth satellite via an analog-to-digital terrestrial transmitter with a microwave antenna and digital-to-analog a receiver with a microwave antenna mounted on an artificial earth satellite and oriented to a terrestrial microwave antenna.

Достижение поставленной цели объясняется увеличением энергии фотонов в поле тяготения земли при пробеге ими пространства от искусственного спутника земли (ИСЗ) до земной поверхности при положительном градиенте поля тяготения в направлении распространения фотонов оптической частоты и отрицательном градиенте поля тяготения для радиоизлучения, направленного на ИСЗ, частота которого на пять порядков ниже частоты лазерного излучения, что несущественно влияет на погрешность измерения «фиолетового сдвига» частоты за счет поля тяготения земли. Выделение из совокупного частотного сдвига, обусловленного вариациями собственной частоты этого лазера из-за его нестабильности и «фиолетовым смещением» частоты в гравитационном поле земли, составляющей «фиолетового смещения» частоты осуществляется предварительными статистическими методами за достаточно большой промежуток времени усреднения дрейфа частоты лазерного излучения мощного лазера, установленного на ИСЗ при совместном действии всех трех систем автоподстройки на земле, то есть в отсутствии приращения энергии фотонов под действием градиента поля тяготения.Achieving this goal is explained by an increase in the energy of photons in the earth’s gravitational field as they travel the space from an artificial earth satellite (AES) to the earth’s surface with a positive gradient of the gravitational field in the direction of propagation of photons of optical frequency and a negative gradient of the gravitational field for radio emission directed to the satellite, whose frequency five orders of magnitude lower than the frequency of laser radiation, which does not significantly affect the measurement error of the "violet shift" of the frequency due to the gravitational field Earth. Separation from the total frequency shift due to variations in the natural frequency of this laser due to its instability and the “violet shift” of the frequency in the earth’s gravitational field, the component of the “violet shift” of the frequency, is carried out by preliminary statistical methods for a sufficiently large period of time averaging the drift of the frequency of the laser radiation of a high-power laser installed on the satellite with the combined action of all three self-tuning systems on the ground, that is, in the absence of increment of photon energy under the action of the gradient of the gravitational field.

Изобретение понятно из приведенной на рис.1 блок-схемы системы АПЧ рассредоточенных в пространстве лазерных систем, которая включает следующие компоненты.The invention is clear from the block diagram of the AFC system of laser systems dispersed in space shown in Fig. 1, which includes the following components.

На искусственном спутнике земли:On an artificial earth satellite:

1 - мощный лазер непрерывного действия,1 - a powerful continuous laser,

2 - первый светоделительный кубик с большим коэффициентом отражения,2 - the first beam-splitting cube with a high reflection coefficient,

3 - передающий телескоп,3 - transmitting telescope,

4 - высокостабильный маломощный лазер непрерывного действия,4 - highly stable low-power laser of continuous operation,

5 - отражатель малой части излучения мощного лазера 1,5 - reflector of a small part of the radiation of a powerful laser 1,

6 - второй светоделительный кубик,6 - second beam splitting cube,

7 - первый фотосмеситель,7 - the first photo mixer,

8 - первый дискриминатор с фиксированной настройкой,8 - the first discriminator with a fixed setting,

9 - первый интегратор,9 - the first integrator,

10 - первый усилитель постоянного тока,10 is a first DC amplifier,

11 - приемная СВЧ антенна,11 - receiving microwave antenna,

12 - цифро-аналоговый приемник (его выход соединен с пьезокорректором лазера 4).12 - digital-to-analog receiver (its output is connected to the piezoelectric corrector of laser 4).

На земной поверхности:On Earth:

13 - приемный телескоп,13 - receiving telescope,

14 - лазер первой наземной системы автоподстройки частоты,14 - laser of the first ground-based automatic frequency control system,

15 - третий светоделительный кубик с большим коэффициентом пропускания,15 is a third beam splitting cube with a high transmittance,

16 - второй фотосмеситель,16 - second photo mixer,

17 - малошумящий полосовой усилитель,17 - low-noise strip amplifier

18 - второй дискриминатор с перестройкой центральной частоты,18 - second discriminator with the adjustment of the center frequency,

19 - второй интегратор,19 - second integrator,

20 - второй усилитель постоянного тока, подключенный к пьезокорректору лазера 14,20 is a second DC amplifier connected to the piezoelectric corrector of the laser 14,

21 - измеритель частоты настройки второго дискриминатора 18,21 - meter frequency settings of the second discriminator 18,

22 - четвертый светоделительный кубик,22 - fourth beam splitting cube,

23 - отражатель излучений лазера 14,23 - reflector of laser radiation 14,

24 - пятый светоделительный кубик,24 - fifth beam splitting cube,

25 - третий фотосмеситель,25 - the third mixer

26 - лазер второй наземной системы автоподстройки частоты,26 - laser of the second ground-based frequency-tuning system,

27 - отражатель излучения лазера 26,27 - reflector of laser radiation 26,

28 - третий дискриминатор с фиксированной настройкой,28 - third discriminator with a fixed setting,

29 - третий интегратор,29 - the third integrator,

30 - третий усилитель постоянного тока, включенный к пьезокорректору лазера 26 и к входу аналого-цифрового передатчика,30 - the third DC amplifier connected to the piezoelectric corrector of the laser 26 and to the input of the analog-to-digital transmitter,

31 - аналого-цифровой передатчик сигнала управления лазером 4 на ИСЗ,31 - analog-to-digital transmitter control signal laser 4 on the satellite,

32 - передающая СВЧ антенна.32 - transmitting microwave antenna.

На рис.2 представлена структура аналого-цифрового передатчика и цифро-аналогового приемника сигналов управления частотой маломощного высокостабильного лазера непрерывного действия 4, представленная следующими блоками:Figure 2 shows the structure of an analog-to-digital transmitter and a digital-to-analog receiver for controlling the frequency of a low-power highly stable continuous-wave laser 4, which is represented by the following blocks:

33 - аналого-цифровой преобразователь,33 - analog-to-digital Converter,

34 - СВЧ модулятор,34 - microwave modulator,

35 - задающий СВЧ генератор,35 - master microwave generator,

36 - усилитель мощности,36 - power amplifier,

37 - малошумящее входное СВЧ устройство,37 - low noise input microwave device,

38 - СВЧ смеситель,38 - microwave mixer,

39 - СВЧ гетеродин,39 - microwave oscillator

40 - усилитель промежуточной частоты,40 - intermediate frequency amplifier,

41 - амплитудный детектор с ограничителем по минимуму,41 - amplitude detector with a limiter to a minimum,

42 - цифровой демодулятор,42 - digital demodulator,

43 - цифро-аналоговый преобразователь,43 - digital-to-analog Converter,

44 - усилитель постоянного тока с подстраиваемым начальным уровнем, подключенный к пьезокорректору лазера 4.44 - DC amplifier with adjustable initial level connected to the piezoelectric corrector of the laser 4.

Рассмотрим действие заявляемой системы.Consider the action of the claimed system.

Вся система настраивается на земле. Пусть частота излучений мощного лазера непрерывного действия 1 равна νO1, а частота высокостабильного маломощного лазера непрерывного действия 4 равна νO2 и отличается от частоты νO1 на разность Δf1O2O1, на которую настроена центральная частота FO1 первого дискриминатора 8 с фиксированной настройкой, и сигнал этой частоты Δf1 выделяется на выходе первого фотосмесителя 7 от сложения колебаний лазеров 1 и 4. При неравенстве Δf1≠FO1 на выходе первого дискриминатора 8 возникает ненулевой сигнал того или иного знака в зависимости от расстройки этого дискриминатора относительно частоты Δf1, Выходной сигнал дискриминатора 8 интегрируется в первом интеграторе 9 с постоянной времени τИ1>>1/Δf1, и после его усиления в первом усилителе постоянного тока 10 подается на пьезокорректор мощного лазера 1, выравнивая его частоту до получения равенства Δf1=FO1, при соблюдении которого всегда поддерживается в лазере 1 частота νO1O2-FO1 в установившемся процессе.The whole system is set up on the ground. Let the radiation frequency of a high-power continuous-wave laser 1 be equal to ν O1 , and the frequency of a highly stable low-power continuous-wave laser 4 is equal to ν O2 and differ from the frequency ν O1 by the difference Δf 1 = ν O2O1 , to which the central frequency F O1 of the first discriminator 8 is tuned with fixed setting, and the signal of frequency Δf at the output of 1 is allocated first fotosmesitelya 7 by addition of oscillation lasers 1 and 4. If the inequality Δf 1 ≠ F O1 on output of the first discriminator 8 non-zero signal arises of either sign, depending on the detuning this discriminator relative frequency Δf 1, output signal of the discriminator 8 is integrated in the first integrator 9 with a time constant τ I1 >> 1 / Δf 1, and after amplification in the first amplifier 10, the DC is supplied to pezokorrektor powerful laser 1 by aligning its frequency to obtain equality Δf 1 = F O1 , at which compliance is always maintained in the laser 1 frequency ν O1 = ν O2 -F O1 in the steady state.

Фотоны этой частоты νO1, распространяющиеся от ИСЗ с высоты H от земной поверхности получают при этом добавочную энергию за счет их движения в поле тяготения земли с положительным градиентом. Как нетрудно показать, добавка этой энергии в каждом из фотонов, воспринимаемых наземной аппаратурой, составляет:Photons of this frequency ν O1 propagating from a satellite from a height H from the earth's surface receive additional energy due to their movement in the earth's gravitational field with a positive gradient. As it is easy to show, the addition of this energy in each of the photons perceived by the ground-based equipment is:

Δ W = h   Δ ν Ф = γ M ( h ν O 1 / c 2 ) H / R ( R + H ) = g O ( h ν O 1 / c 2 ) H R / ( R + H ) , ( 1 )

Figure 00000001
Δ W = h Δ ν F = γ M ( h ν O one / c 2 ) H / R ( R + H ) = g O ( h ν O one / c 2 ) H R / ( R + H ) , ( one )
Figure 00000001

где h=6,62.10-34 Дж.сек - постоянная Планка, M - масса Земли, c=3.108 м/с - электродинамическая постоянная (скорость света в пустоте), R - радиус Земли (м), gO=9,81 м/с2 - ускорение силы тяжести на поверхности Земли. Если принять во внимание, что радиус Земли много больше высоты ИСЗ, то есть R>>H, то уравнение (1) можно переписать к виду hΔνФ≈gO(hνO1/c2)H, откуда получим для величины «фиолетового смещения» частоты фотонов под действием гравитационного поля с положительным градиентом:where h = 6.62.10 -34 J.sec is the Planck constant, M is the mass of the Earth, c = 3.10 8 m / s is the electrodynamic constant (the speed of light in the void), R is the radius of the Earth (m), g O = 9, 81 m / s 2 - acceleration of gravity on the surface of the Earth. If we take into account that the Earth’s radius is much greater than the satellite’s height, that is, R >> H, then Eq. (1) can be rewritten to the form hΔν Ф ≈g O (hν O1 / c 2 ) H, whence we get for the “violet shift” "The photon frequency under the influence of a gravitational field with a positive gradient:

Δ ν Ф = g O ν O 1 H R / c 2 ( R + H ) g O ν O 1 H / c 2 . ( 2 )

Figure 00000002
Δ ν F = g O ν O one H R / c 2 ( R + H ) g O ν O one H / c 2 . ( 2 )
Figure 00000002

Таким образом, приходящие к земной поверхности оптические колебания будут иметь частотуThus, optical vibrations coming to the earth’s surface will have a frequency

ν O * = ν O 1 + Δ ν Ф = ν O 2 F O 1 + g O ν O 1 H R / c 2 ( R + H ) , ( 3 )

Figure 00000003
ν O * = ν O one + Δ ν F = ν O 2 - F O one + g O ν O one H R / c 2 ( R + H ) , ( 3 )
Figure 00000003

которую воспринимает приемный телескоп 13, и колебания этой частоты поступают на второй фотосмеситель 16 вместе с оптическими колебаниями от лазера 14 первой наземной системы автоподстройки частоты, частота которого νO3 отличается от частоты ν O *

Figure 00000004
на частоту второго дискриминатора 18 с перестраиваемой центральной частотой настройки FO2 и при этом имеем соотношение:which is received by the receiving telescope 13, and the oscillations of this frequency are transmitted to the second mixer 16 together with the optical oscillations from the laser 14 of the first ground-based frequency-locked loop, the frequency of which ν O3 differs from the frequency ν O *
Figure 00000004
on the frequency of the second discriminator 18 with a tunable central tuning frequency F O2 and at the same time we have the ratio:

ν O 3 = ν O * + F O 2 = ν O 2 F O 1 + g O ν O 1 H R / c 2 ( R + H ) F O 2 , ( 4 )

Figure 00000005
ν O 3 = ν O * + F O 2 = ν O 2 - F O one + g O ν O one H R / c 2 ( R + H ) - F O 2 , ( four )
Figure 00000005

где частота FO2 второго дискриминатора 18 может перестраиваться, что индицируется измерителем частоты 21.where the frequency F O2 of the second discriminator 18 can be tuned, which is indicated by the frequency meter 21.

Колебания оптической частоты νO3 поступают на вход третьего фотосмесителя 25 и смешиваются в нем с оптическими колебаниями лазера 26 второй наземной системы автоподстройки частоты, частота которого равна νO4O3+FO3. При выборе FO1=FO3 получим, что частота колебаний VO4 в лазере 26 будет поддерживаться равной:Oscillations of the optical frequency ν O3 are fed to the input of the third photo-mixer 25 and mixed in it with the optical oscillations of the laser 26 of the second ground-based frequency-locked loop, the frequency of which is ν O4 = ν O3 + F O3 . When choosing F O1 = F O3 we get that the oscillation frequency V O4 in the laser 26 will be maintained equal to:

ν O 4 = ν O 2 + g O ν O 1 H R / c 2 ( R + H ) F O 2 , ( 5 )

Figure 00000006
ν O four = ν O 2 + g O ν O one H R / c 2 ( R + H ) - F O 2 , ( 5 )
Figure 00000006

что вытекает из (4) подстановкой условия FO1=FO3, которое всегда легко выполнимо.which follows from (4) by substituting the condition F O1 = F O3 , which is always easily satisfied.

Тогда при условии подстройки второго дискриминатора 18 с перестраиваемой центральной частотой так, что выполняется равенство gOνO1HR/с2(R+Н)=FO2, окончательно будем иметь равенство вида νO4O2, Иначе говоря, при соответствующем выборе начального уровня сигнала с выхода первого усилителя постоянного тока 10 в системе на ИСЗ частота его высокостабильного лазера 4 будет в точности равна частоте колебаний в лазере 14 первой земной системы автоподстройки частоты, что и требовалось соблюсти в связанной системе лазеров, рассредоточенных в пространстве.Then, provided that the second discriminator 18 is tuned with the tunable central frequency so that the equality g O ν O1 HR / s 2 (R + H) = F O2 is satisfied, we finally have the equality of the form ν O4 = ν O2 , in other words, with the appropriate choice the initial level of the signal from the output of the first DC amplifier 10 in the satellite system, the frequency of its highly stable laser 4 will be exactly equal to the frequency of oscillations in the laser 14 of the first Earth's automatic frequency control system, which was required to be observed in a coupled system of lasers dispersed over nstv.

При этом настройкой второго дискриминатора 18 обеспечиваем измерение искомой величины «фиолетового смещения» частоты, которое равно:In this case, by setting the second discriminator 18, we provide the measurement of the desired value of the “violet bias” of the frequency, which is

Δ ν Ф = F O 2 = g O ν O 1 H R / c 2 ( R + H ) g O ν O 1 H / c 2 . ( 6 )

Figure 00000007
Δ ν F = F O 2 = g O ν O one H R / c 2 ( R + H ) g O ν O one H / c 2 . ( 6 )
Figure 00000007

Если в качестве лазеров непрерывного действия использовать Xe Cl-лазеры с длиной волны 0,308 нм и соответственно частотой νO1=3.108/0,308.10-6=0,974.1015 Гц, то при Н=4.105 м и R=3,65.106 м получим частотный сдвиг ΔνФ=9,81*0,974.1015*4.105*3,65.106/9.1016*4,05.106=3,827 104 Гц=38,27 кГц. На эту частоту должен быть настроен второй дискриминатор 18, и его настройка фиксируется измерителем частоты настройки 21. Другие дискриминаторы - первый 8 и третий 28 имеют фиксированные настройки, например, на частоте FO1=FO3=50 кГц.If we use Xe Cl lasers with a wavelength of 0.308 nm and, accordingly, a frequency of ν O1 = 3.10 8 /0.308.10 -6 = 0.974.10 15 Hz, as for continuous lasers, then at H = 4.10 5 m and R = 3.65.10 6 m we obtain the frequency shift Δν Ф = 9.81 * 0.974.10 15 * 4.10 5 * 3.65.10 6 / 9.10 16 * 4.05.10 6 = 3.827 10 4 Hz = 38.27 kHz. The second discriminator 18 must be tuned to this frequency, and its tuning is fixed by the tuning frequency meter 21. Other discriminators - the first 8 and third 28 have fixed settings, for example, at the frequency F O1 = F O3 = 50 kHz.

Важно отметить, что передавая сигнал подстройки высокостабильного маломощного лазера 4 по радиоканалу на СВЧ колебаниях, например, на частоте fO=10 ГГц (длина волны λСВЧ=3 см), который распространяется с Земли на ИСЗ, то есть при отрицательном градиенте земного тяготения, «красное смещение» частоты радиосигнала в приемной СВЧ антенне 11 будет столь малым по величине, в частности, равным ΔνСВЧ=ΔνФfOO1=38,27*1010/0,974.1015=39,29.10-5 кГц≈0,4 Гц, что этой погрешностью изменения частоты «фиолетового смещения» частоты (38,27 кГц) можно пренебречь.It is important to note that transmitting the tuning signal of a highly stable low-power laser 4 over the radio channel on microwave oscillations, for example, at a frequency f O = 10 GHz (wavelength λ microwave = 3 cm), which propagates from the Earth to the satellite, that is, with a negative gradient of Earth's gravity , "red shift" in the radio frequency microwave receiving antenna 11 is so small in value, in particular equal Δν microwave Δν = f f O / ν O1 = 38,27 * 10 October /0,974.10 15 = -5 39,29.10 kGts≈ 0.4 Hz, which can be neglected by this error in changing the frequency of the “violet shift” of the frequency (38.27 kHz).

Таким образом, кроме создания стабилизированной системы связанных и существенно рассредоточенных в пространстве лазеров непрерывного излучения, с помощью такой системы, часть из которой устанавливается на ИСЗ, можно измерить эффект «фиолетового смещения» частоты оптических колебаний в дополнение к известному «красному смещению». Можно поэтому считать, что при изгибании луча света вблизи сильно гравитирующих масс, например, Солнца, связанном с тяготением, возникающее «красное смещение» обусловлено именно фактором искривления хода луча, его отклонением от прямолинейного движения фотонов, а получаемая фотоном энергия при приближении к гравитирующему объекту в точности равна отдаваемой им энергии этому объекту при удалении фотона от него. Из этого делается важный физический вывод о том, что всякое вынужденное искривление траектории луча света (вообще электромагнитной волны в широком спектре) связано с потерей фотонами энергии на вторичное излучение, в связи с чем возникает «красное смещение». Это - новый физический феномен. Аналогично этому эффекту ранее автором была заявлена закономерность сохранения поляризации электромагнитных волн [10], при которой всякое вынужденное изменение поляризации электромагнитной волны средой, в которой она распространяется (например, нестационарно анизотропной), приводит к «красному смещению» частоты, то есть к потере энергии и появлению вторичного излучения [11-14].Thus, in addition to creating a stabilized system of coupled and substantially dispersed continuous-wave lasers, with the help of such a system, part of which is mounted on a satellite, it is possible to measure the effect of the “violet shift” of the frequency of optical oscillations in addition to the well-known “redshift”. We can therefore assume that when a light beam bends near strongly gravitating masses, for example, the Sun, associated with gravity, the resulting "red shift" is due precisely to the curvature of the beam, its deviation from the linear motion of the photons, and the energy received by the photon when approaching the gravitating object exactly equal to the energy given to them by this object when the photon is removed from it. An important physical conclusion is drawn from this that any forced curvature of the trajectory of a ray of light (generally an electromagnetic wave in a wide spectrum) is associated with the loss of energy by the photons for secondary radiation, and therefore a “red shift” occurs. This is a new physical phenomenon. Similarly to this effect, the author previously stated the pattern of conservation of the polarization of electromagnetic waves [10], in which any forced change in the polarization of the electromagnetic wave by the medium in which it propagates (for example, non-stationary anisotropic) leads to a “red shift” of the frequency, that is, energy loss and the appearance of secondary radiation [11-14].

ЛитератураLiterature

1. Меньших О.Ф. Устройство автоматической подстройки частоты. Авт. свид. СССР №360125, опубл. в бюлл. №26 от 09.09.1972.1. Smaller O.F. Automatic frequency control device. Auth. testimonial. USSR No. 360125, publ. in the bull. No. 26 dated 09/09/1972.

2. Меньших О.Ф. Устройство АПЧ, Авт. свид. СССР №322131, ДСП, приор, от 02.03.1970.2. Smaller O.F. AFC device, Aut. testimonial. USSR No. 322131, Particleboard, Prior, 03/02/1970.

3. Меньших О.Ф. Устройство АПЧ, Авт. свид. СССР №329929, ДСП, приор, от 16.04.1970.3. Smaller O.F. AFC device, Aut. testimonial. USSR No. 329929, particleboard, prior, from 04.16.1970.

4. Меньших О.Ф. Устройство для частотной модуляции излучения газового лазера, Авт. свид. СССР №1373188, ДСП, приор. от 16.12.1985.4. Smaller O.F. Device for frequency modulation of gas laser radiation, Auth. testimonial. USSR No. 1373188, particleboard, prior. from 12.16.1985.

5. Меньших О.Ф. Способ измерения кратковременной стабильности частоты излучения газового лазера, Авт. свид. СССР №1554719, ДСП, приор. 06.11.1987.5. Smaller O.F. A method for measuring the short-term stability of a gas laser radiation frequency, Auth. testimonial. USSR No. 1554719, Particleboard, prior. 11/06/1987.

6. Меньших О.Ф. Устройство для измерения кратковременной стабилизации частоты излучения газовых лазеров, Авт. свид. СССР №1556291, ДСП, приор. от 11.04.1988.6. Smaller O.F. A device for measuring short-term stabilization of the frequency of radiation of gas lasers, Auth. testimonial. USSR No. 1556291, Particleboard, prior. from 04/11/1988.

7. Меньших О.Ф. Устройство АПЧ лазерного доплеровского локатора, Авт. свид. СССР №1591675, ДСП, приор. от 24.08.1988.7. Smaller O.F. AFC device for laser Doppler locator, Auth. testimonial. USSR No. 1591675, Particleboard, prior. from 08.24.1988.

8. Семин В.Е. и др. Монолитные кварцевые частотные дискриминаторы, «Электронная техника», сер.5, Радиодетали и радиокомпоненты, 1975, вып.5, с.119-121.8. Semin V.E. and others. Monolithic quartz frequency discriminators, "Electronic Engineering", ser.5, Radio components and radio components, 1975, issue 5, p.119-121.

9. Васильев А.А. и др. Пространственные модуляторы света, под ред. Компанейца И.Н., М., Радио и связь, 1987, с.59-71.9. Vasiliev A.A. et al. Spatial Light Modulators, ed. Kompaneitsa I.N., M., Radio and Communications, 1987, p. 59-71.

10. Меньших О.Ф. Закон сохранения поляризации электромагнитных волн, Заявка на открытие, М., МААНО, Справка №ВВ-155 от 17.11.2003.10. Smaller O.F. The law of conservation of polarization of electromagnetic waves, Application for discovery, M., MAANO, Information No. BB-155 of 11/17/2003.

11. Меньших О.Ф. «Генерирование микроволн в анизотропных средах действием оптической ударной волны», доклад на У Всесоюзном семинаре по оптоэлектронике, Институт проблем управления АН СССР, 22.04.1975 г., Москва.11. Smaller O.F. “Generation of microwaves in anisotropic media by the action of an optical shock wave,” report at the U-Union Seminar on Optoelectronics, Institute of Control Problems of the Academy of Sciences of the USSR, 04/22/1975, Moscow.

12. Меньших О.Ф. «Способ генерирования электрических колебаний и устройство для его реализации», Авт. свид. СССР №1380476 на пионерское изобретение, ДСП, Москва.12. Smaller O.F. “A method of generating electrical oscillations and a device for its implementation”, Auth. testimonial. USSR No. 1380476 for pioneering invention, particleboard, Moscow.

13. Меньших О.Ф. «Устройство для обнаружения эффекта резонанса «красного смещения» электромагнитных волн в анизотропных средах», Патент РФ №2276394 бюлл №13 от 10.05.2006.13. Smaller O.F. “Device for detecting the resonance effect of the“ redshift ”of electromagnetic waves in anisotropic media”, RF Patent No. 2276394 bull No. 13 from 05/10/2006.

14. Меньших О.Ф. «Устройство для измерения «красного смещения» плоско поляризованного когерентного излучения», Патент РФ №.2276347, бюлл. №13 от 10.05.2006.14. Smaller O.F. “Device for measuring the“ redshift ”of plane-polarized coherent radiation”, RF Patent No. 2276347, bull. No. 13 dated 05/10/2006.

Claims (1)

Система автоматической подстройки частоты рассредоточенных лазеров с непрерывным режимом излучения, содержащая несколько взаимно связанных цепей автоподстройки частоты, включающих каждая последовательно соединенные фотосмеситель, дискриминатор, интегратор и усилитель постоянного тока, подключенный к пьезокорректору частоты излучения соответствующего лазера непрерывного действия, отличающаяся тем, что одна система автоподстройки частоты из двух лазеров непрерывного действия - высокостабильного маломощного и мощного, снабженного передающим телескопом, ориентированным на земную поверхность, размещена на неподвижном относительно земли искусственном спутнике земли, а две другие системы автоподстройки частоты расположены на земной поверхности, фотосмеситель первой из них связан через приемный телескоп с излучением мощного лазера искусственного спутника земли, а его выход через малошумящий полосовой усилитель связан с перестраиваемым по частоте дискриминатором, дополнительный выход которого подсоединен к измерителю частоты настройки этого дискриминатора, а фотосмеситель второй земной системы автоподстройки частоты оптически связан с частью излучения лазера первой земной системы и второго лазера наземной системы, частота излучения которого подстраивается системой автоподстройки частоты, при этом выход усилителя постоянного тока подключен к пьезокорректору второго лазера наземной системы, а также передается в цифровом кодированном виде по радиоканалу на искусственный спутник земли через аналого-цифровой наземный передатчик с СВЧ антенной и цифроаналоговый приемник с СВЧ антенной, установленной на искусственном спутнике земли и ориентированной на наземную СВЧ антенну. A system for automatically adjusting the frequency of scattered lasers with a continuous radiation regime, containing several mutually interconnected circuits of self-tuning the frequency, including each series-connected photo-mixer, discriminator, integrator and direct current amplifier connected to a piezoelectric corrector of the radiation frequency of the corresponding continuous-wave laser, characterized in that one automatic tuning system frequencies from two continuous-wave lasers - highly stable low-power and powerful, equipped with a transmitting telescope oriented to the earth’s surface is located on an artificial earth satellite immovable relative to the earth, and two other frequency-locking systems are located on the earth’s surface, the first of them is connected through a receiving telescope to the radiation of a powerful laser of an artificial earth satellite, and its output is through a low-noise bandpass the amplifier is connected with a frequency-tunable discriminator, the additional output of which is connected to a frequency meter for tuning this discriminator, and the mixer of the second terrestrial auto-frequency control system is optically coupled to a part of the laser radiation of the first terrestrial system and the second laser of the terrestrial system, the radiation frequency of which is tuned by the autotune system, while the output of the DC amplifier is connected to the piezoelectric corrector of the second laser of the terrestrial system, and is also transmitted in digitally encoded form over the air to an artificial earth satellite through an analog-to-digital terrestrial transmitter with a microwave antenna and a digital-to-analog receiver with a microwave antenna, set copulating artificial satellite and ground-oriented microwave antenna.
RU2012138228/08A 2012-09-06 2012-09-06 System for automatic adjustment of frequency of scattered lasers RU2490788C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012138228/08A RU2490788C1 (en) 2012-09-06 2012-09-06 System for automatic adjustment of frequency of scattered lasers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012138228/08A RU2490788C1 (en) 2012-09-06 2012-09-06 System for automatic adjustment of frequency of scattered lasers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2490788C1 true RU2490788C1 (en) 2013-08-20

Family

ID=49163013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012138228/08A RU2490788C1 (en) 2012-09-06 2012-09-06 System for automatic adjustment of frequency of scattered lasers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2490788C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2055431C1 (en) * 1992-01-29 1996-02-27 Кравцов Николай Владимирович Stabilizer of frequency of lasers
RU2276347C1 (en) * 2004-10-15 2006-05-10 Олег Фёдорович Меньших Device for measuring red shift of plane-polarized coherent radiation
RU2276394C1 (en) * 2004-09-20 2006-05-10 Олег Федорович Меньших Device for detecting "red shift" resonance effect of electromagnetic waves in anisotropic environments
US7274718B2 (en) * 2004-01-20 2007-09-25 Symbol Technologies, Inc. Electronic alignment of acousto-optic modulator for modulating a laser
US20100207693A1 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 Qualcomm Incorporated Frequency synthesizer with multiple tuning loops
RU2447557C2 (en) * 2009-07-13 2012-04-10 Учреждение Российской Академии Наук Сибирское Отделение Ран Институт Лазерной Физики Method of stabilising laser emission frequency

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2055431C1 (en) * 1992-01-29 1996-02-27 Кравцов Николай Владимирович Stabilizer of frequency of lasers
US7274718B2 (en) * 2004-01-20 2007-09-25 Symbol Technologies, Inc. Electronic alignment of acousto-optic modulator for modulating a laser
RU2276394C1 (en) * 2004-09-20 2006-05-10 Олег Федорович Меньших Device for detecting "red shift" resonance effect of electromagnetic waves in anisotropic environments
RU2276347C1 (en) * 2004-10-15 2006-05-10 Олег Фёдорович Меньших Device for measuring red shift of plane-polarized coherent radiation
US20100207693A1 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 Qualcomm Incorporated Frequency synthesizer with multiple tuning loops
RU2447557C2 (en) * 2009-07-13 2012-04-10 Учреждение Российской Академии Наук Сибирское Отделение Ран Институт Лазерной Физики Method of stabilising laser emission frequency

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gozzard et al. Ultrastable free-space laser links for a global network of optical atomic clocks
US20220221583A1 (en) Ultra-low phase noise millimeter-wave oscillator and methods to characterize same
US4410992A (en) Generation of pulsed laser radiation at a finely controlled frequency by transient regerative amplification
Yao et al. Multiloop optoelectronic oscillator
US6516014B1 (en) Programmable frequency reference for laser frequency stabilization, and arbitrary optical clock generator, using persistent spectral hole burning
US10050704B1 (en) Power efficient optical-frequency synthesizer
CN105576478A (en) Fast frequency-sweeping fourier domain mode-locked photoelectric oscillator
US10928200B1 (en) Frequency pulling reduction in SBS laser
CN103701529A (en) Signal time delay stable transmission method and system of broadband
JP7708519B2 (en) Photonic Integrated Circuit (PIC) Radio Frequency Oscillators
Du et al. Frequency-stabilized laser system at 1572 nm for space-borne CO_2 detection LIDAR
US3686585A (en) Method of stabilizing a gas laser
US11353827B1 (en) Optical local oscillator for all-optical time scales, and associated timekeeping methods
US10432205B2 (en) Quantum interference device, atomic oscillator, and electronic apparatus
Savchenkov et al. Low noise W-band photonic oscillator
US3790901A (en) Electro-optically induced weak coupling of adjacent carbon dioxide laser modes
US7026594B2 (en) Method and device for producing radio frequency waves
JP6753232B2 (en) Atomic oscillators, electronics and mobiles
RU2490788C1 (en) System for automatic adjustment of frequency of scattered lasers
US20040120368A1 (en) Method and apparatus for generating two frequencies having a frequency separation equal to the atomic frequency of an atomic species
Seidel et al. Minituarized K a-band Photonic Oscillators
JP3891361B2 (en) Frequency synthesizer
Khan et al. Carrier generation using a dual-frequency distributed feedback waveguide laser for phased array antenna (PAA)
Khayatzadeh et al. COEO phase locking and performance optimisation
Dix-Matthews et al. Optical Frequency Transfer for Geopotential Difference Measurements via a Flying Drone