Semiconductor frequency standard based on p(16) spectral line of acetylene isotope with temperature stabilization by phase modulation

Abstract

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ НА ЛИНИИ P(16)…Аннотация 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. Ключевые слова фазомодуляционный метод, стабилизация частоты лазерного диода, полупроводниковый лазерный диод, фазовая модуляция, линия поглощения газа Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2018, vol. 18, no. 2, pp. 220-227 (in Russian). doi: 10.17586/2226-1494-2018 Abstract This paper reviews the method of semiconductor laser diode frequency stabilization by phase modulation. Also parameters are identified that affect the quality of stabilization and the estimation of Allan deviation is obtained. The pilot setup has been put together and it consists of: a semiconductor distributed feedback laser diode, a fiber phase modulator, an electrical signal generator, an acetylene-13 isotope cuvette, a photodetector, a lock-in amplifier and personal computer for measurement processing. Modulated laser diode radiation passed through a gas cell provides information about the position of radiation SEMICONDUCTOR FREQUENCY STANDARD BASED ON P(16) SPECTRAL LINE OF ACETYLENE ISOTOPE WITH TEMPERATURE STABILIZATION BY PHASE MODULATION