Прецизионные электронные системы управления лазерным излучением

Жмудь, Вадим Аркадьевич

Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Прецизионные электронные системы управления лазерным излучением

доктора технических наук: Жмудь, Вадим Аркадьевич
город: Новосибирск
год: 2003
специальность ВАК РФ: 05.13.05

Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Прецизионные электронные системы управления лазерным излучением»

Автореферат диссертации по теме "Прецизионные электронные системы управления лазерным излучением"

На правах рукописи

ЖМУДЬ Вадим Аркадьевич

ПРЕЦИЗИОННЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск - 2003

Работа выполнена в Институте лазерной физики СО РАН и в Новосибирском государственном техническом университете

Научный консультант: академик РАН, профессор

Багаев Сергей Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, с.н.с

Чугуй Юрий Васильевич

доктор технических наук, с.н.с. Золотухин Юрий Николаевич

доктор технических наук, доцент Гужов Владимир Иванович

Ведущая организация: Физико-технический институт им. А.Ф.

Иоффе Российской Академии Наук

Защита состоится "27" июня 2003 г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.173.05 в НГТУ, г. Новосибирск, проспект К. Маркса, 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан <¿¿3 » мая 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор /

Воевода А.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена решению проблемы повышения точности и расширения сфер применения лазерных интерференционных и спектроскопических измерительных систем, имеющей важное значение для фундаментальной метрологии и лазерной физики. В работе приведены результаты исследований, полученные автором в Институте лазерной физики Сибирского отделения РАН и в Новосибирском государственном техническом университете, в 1990-2002 гг. В диссертации разработаны основы исследования погрешностей стабилизации частоты лазерного излучения. Решены задачи прецизионного управления частотой излучения газовых, твердотельных и полупроводниковых лазеров в контуре частотной и фазовой автоподстройки, измерения частот и фазовых соотношений сигналов, получаемых в лазерных системах. Осуществлен теоретический анализ динамических свойств замкнутых систем двухка-нального управления частотой и фазой излучения при подавлении возмущающего воздействия. Разработанные прецизионные системы управления с новыми электронными элементами и устройствами использованы при создании и аттестации лазерных частотных эталонов, спектрометров, виброметров, измерителей скорости и длины, оптических запоминающих устройств.

Актуальность проблемы

Лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения, лазерная интерферометрия и метрология требуют высокоточного управления частотой и фазой лазерного излучения и прецизионного измерения частоты и фазы принятого сигнала. Электронные системы стабилизации частоты лазеров по резонансам нелинейного поглощения веществ позволяют снизить кратковременную относительную нестабильность частоты до величин на уровне 10"13-10"14%.

Дальнейшее снижение нестабильности частоты требует повышения точности электронных систем ее стабилизации в контуре обратной связи. Погрешность этих систем определяется ошибкой регулирования и погрешностью измерения стабилизируемой величины. Снижение о'шрбки рй^ИЯ^ЬвШЛЙ/^дебу-

бИБЛИвТЕКА 1

ет развития методик синтеза регуляторов для подавления возмущающих воздействий в широкой полосе частот. Снижение погрешностей измерений требует разработки новых подходов к созданию электронных измерительных устройств. Лазерные системы содержат элементы управления для стабилизации частоты по реперу, подсистемы гетеродинной передачи нестабильности частоты в другой частотный диапазон и анализирующие устройства. Следует выделить основные элементы (регуляторы) и устройства (датчики), ограничивающие точность систем управления частотой лазерного излучения для решения задач повышения их точности. Воспроизводимость частоты лазерных систем ограничена температурными дрейфами и другими неконтролируемыми изменениями параметров электронных устройств и несовершенством регуляторов.

Актуально освоение новых областей спектрального диапазона излучения. Например, лазерная спектроскопия мюония (для фундаментальной метрологии) требует разработки основ управления частотой излучения полупроводниковых лазеров. Это требует прецизионного управления их температурой и током. Допустимая нестабильность тока составляет ±5-10~*% в час, а кратковременный уход температуры не должен превышать ± 0,002° С.

Для аттестации и расширения сфер применения лазерных систем необходимы прецизионные измерители частот и фаз формируемых сигналов. Известные устройства не позволяют обеспечить требуемую точность измерения в сочетании с необходимым быстродействием и непрерывностью измерения.

С целью снижения погрешности лазерных эталонов частоты и спектрометров и расширения сфер их применения в работе формируются и обеспечиваются новые требования к электронным элементам и устройствам прецизионных систем управления лазерным излучением.

Предмет исследования

Предметом исследования являются лазерные системы (спектрометры, эталоны частоты, виброметры) и их электронные элементы и устройства.

Цель работы

Повышение точности и расширение сфер применения лазерных интерфе-рометрических систем и эталонов за счет прецизионных электронных измерительных устройств и повышения качества стабилизации частоты и фазы излучения и режима работы отдельных элементов.

Задачи исследования

1. Разработка на основе метода разделения движений методики анализа и синтеза регуляторов для обеспечения заданных динамических свойств замкнутых систем управления для подавления возмущающих воздействий и прецизионного управления частотой лазерного излучения.

2. Повышение точности систем управления частотой и фазой лазерного излучения на основе прецизионных электронных элементов и устройств.

3. Повышение точности скоростного многоканального измерения частот сигналов, получаемых гетеродинными преобразованиями лазерного излучения.

4. Повышение чувствительности широкополосных детекторов разности фаз слабых сигналов, получаемых лазерными виброметрами.

5. Обеспечение возможности создания и аттестации частотного репера вблизи

частоты излучения мюония разработкой методов и средств прецизионной стабилизации частоты лазера и стабилизации длины интерферометра по длине волны образцового излучения.

Методы исследований

При решении поставленных задач использовались: теория автоматического управления, методы прикладной математики и статистического оценивания, физический эксперимент, аналитический расчет, имитационное моделирование.

Научная новизна

В результате исследований впервые получены следующие научные результаты:

1. Обоснована корректность метода разделения движений для синтеза регуляторов с позиции неучтенных корней объекта и предложена модификация этого метода для подавления возмущающих воздействий с кратным увеличением порядка и коэффициента медленного контура управления в сравнении с быстрым контуром, что позволяет при двухканальной стабилизации частоты лазерного излучения за счет разделения требований по диапазону управления и по быстродействию расширить полосу и увеличить глубину подавления возмущений.

2. Обоснованы повышенные требования к электронным устройствам систем управления частотой и фазой лазерного излучения; разработаны прецизионные управляемые генераторы, синхронные детекторы и двухканальные регуляторы с разделением управления на широкополосный низковольтный и узкополосный высоковольтный канал для обеспечения этих требований.

3. Разработаны и реализованы устройства прецизионного, малошумящего (с дрейфом ± 10"4 % за 1 час) управления током полупроводниковых лазеров и их защиты от катастрофической деградации при токах, близких к критическим, что позволило расширить сферу их применения в интерферометриче-ских измерительных системах.

4. Разработаны и реализованы методы и средства непрерывного многоканального измерения частот сигналов лазерных систем за интервалы г > 10~3с с

понижением погрешности дискретизации длительности до Аг ^ Ю 9с за счет ее уточнения путем формирования дополнительных интервальных импульсов, их растяжки и измерения полученной длительности.

5. Разработаны и реализованы методы и средства детектирования в полосе звуковых частот слабых на уровне йр>10~5 рад. фазовых девиаций высокочастотных сигналов лазерных виброметров за счет обработки аналитических сигналов, формируемых на промежуточной частоте с подавлением дрейфа нуля и амплитудных девиаций.

Практическая ценность

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что ее результаты позволили:

1. Обеспечить аттестацию лазерных и иных частотных эталонов непрерывным многоканальным измерением частот на интервалах Г от 10"3с до 102с с относительной погрешностью частоты порядка погрешности определения этих

интервалов, задаваемых отношением ~ <5Г =10 9с / г,

2. Уменьшить вклад электронных устройств в погрешности стабилизации частоты различных лазеров по частотным реперам для прецизионных измерений до величин, пренебрежимо малых в сравнении с оптическими шумами системы.

3. Аттестовать полупроводниковые лазеры и программно управлять ими с шагом управления током 0,01% при неконтролируемых отклонениях не более

± 10"4 % от диапазона и при управлении температурой с погрешностью датчика (±0,001° С).

4. Повысить точность дистанционного бесконтактного измерения субнаномет-ровых вибраций диффузно рассеивающих поверхностей в полосе звуковых частот.

5. Создать и исследовать частотный репер в области \-732 нм на парах молекулярного йода, примененный для лазерной спектроскопии мюония.

Реализация и внедрение результатов исследований

Системы управления режимами полупроводникового лазера применены в ряде экспериментальных установок в Институте лазерной физики СО РАН, в установке Института Макса Планка (ФРГ), а также в стенде паспортизации, разработанном для ПО «Север», г. Новосибирск, для выходного контроля параметров изготавливаемых полупроводниковых лазеров.

Разработанный синтезатор частоты с относительной погрешностью стабилизации частоты 8/ < 10 и с шагом управления 0,05 Гц использован для прецизионного управления стандартами частоты с телескопическим расширителем пучка.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: всесоюзном семинаре «Лазеры в измерительной технике» (Москва, 1988 г.), международной конференции «Гидродинамические измерения и их применения» (Пекин, 1989 г.), международном семинаре «Оптические информационные технологии» (Новосибирск, 1989 г.), IV международной научно-технической конференции по дисковым запоминающим устройствам «ДЗУ-90» (Костенец, Болгария, 1990 г.); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-92, (Новосибирск, 1992г.); международной конференции "Современные проблемы лазерной физики МРЬР-95" (Новосибирск, 1995г.); Российской научно-техническая конференции «Информатика и проблемы телекоммуникации» (Новосибирск, 1996), международной конференции "Современные проблемы лазерной физики МРЬР-ЯТ"1 (Новосибирск, 1997г.); Международной конференции «Квантовая оптика, интерференционные феномены в атомных системах и высокоточные измерения» 1СОЫО '98: (Москва, 1998); IV сибирском конгрессе по индустриальной и прикладной математике «ИНПРИМ-2000» (г. Новосибирск, 2000 г.); международной конференции «Автоматика, Управление и информационные технологии» - АС1Т2002 (Новосибирск, 2002 г.), международном симпозиуме «Лазерная метрология» -ЬМ'2002 (Новосибирск, 2002 г.).

Публикации: Основное содержание диссертации опубликовано в 55 печатных работах, среди которых три авторских свидетельства, 27 статей в профильных рецензируемых журналах, две заявки на патенты РФ с полученными положительными решениями.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами по каждой из них, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 297 страниц основного текста, включая 95 рисунков, 8 таблиц. Список литературы содержит 270 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Метод повышения быстродействия и точности двухканальной стабилизации частоты лазерного излучения для подавления возмущающих воздействий, обеспечивающий разделение компонент переходного процесса в быстром и медленном каналах путем кратного повышения порядка модели и коэффициента усиления регулятора медленного канала относительно быстрого канала за счет разделения требований к управляющим элементам по быстродействию и по диапазону управления.

2. Обоснование и технические решения для прецизионного малошумящего управления током полупроводниковых лазеров с одновременной стабилизацией температуры в пределах ±0,001° С и защиты от бросков тока при мощностях излучения, близких к критическим значениям, позволяющие создавать интерферометры и частотные эталоны в новых оптических диапазонах.

3. Метод снижения на два порядка погрешности непрерывного многоканального измерения частот, состоящий в безостановочном счете измеряемых и эталонных импульсов с синхронным чтением счетчиков и уточнении погрешности дискретизации интервала счета в дополнительном канале измерения.

4. Метод и технические решения повышения разрешающей способности устройств регистрации сверхмалых, порядка 10~г рад., фазовых девиаций сигналов лазерного спектрометра в акустической полосе частот получением аналитического сигнала при гетеродинном переносе частоты на низкочас-

тотную несущую с аналоговой или цифровой фазовой или частотной демодуляцией.

5. Обоснование необходимости снижения на порядок погрешностей управляемых генераторов, синхронных детекторов и интеграторов электронных систем стабилизации частоты лазерного излучения и технические решения для этого, состоящие в разработке и применении перечисленных элементов в прецизионном исполнении.

6. Технические решения для повышения точности электронных устройств термостабилизации, стабилизации частоты лазерного излучения и стабилизации длины резонатора по длине волны лазерного излучения, позволившие найти и аттестовать частотный репер для прецизионной спектроскопии мюония.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении определен объект исследования, обоснована актуальность проблемы, обозначено ее текущее состояние и существующие трудности развития, сформулирована цель, направления и методы исследования, дана аннотация содержания работ по главам, дана оценка достоверности и практической ценности полученных результатов, сформулированы защищаемые положения.

Первая глава содержит обзор известных исследований, постановку и анализ основных задач, вытекающих из поставленной цели, обоснование рациональности использованных методов и средств их решения.

Повышение точности стабилизации частоты лазерного излучения по физическим реперам (рис.1) требует снижения шумов синхронного детектора и других элементов и обеспечения заданных свойств системы синтезом двухканаль-ного регулятора. Повышение точности фазовой привязки частоты (рис.2) требует снижения шумов управляемых генераторов и развития методик синтеза двухканального регулятора. Взаимная аттестация двух лазерных эталонов (рис.3) и расширение сфер применения интерферометрических измерителей скорости, перемещения и вибраций (рис.4) требует достижения новых точностей частотомеров и фазометров в расширенных частотных диапазонах.

Теоретическая часть исследования связана с развитием методик анализа и синтеза двухканального регулятора замкнутых систем повышенной точности в контуре подавления возмущений (см. рис.1, рис.2). Алгоритм синтеза должен учитывать особенности двухканальной стабилизации частоты излучения для подавления возмущающего воздействия, спектральная плотность которого затухает с увеличением его частоты по степенному закону.

Рис. 1. Схема системы автоматической подстройки частоты

Рис. 2. Схема системы фазовой автоподстройки частоты

Исполнительные элементы систем стабилизации частоты (модуляторы) не обеспечивают высокого быстродействия при больших величинах воздействия. Для сочетания положительных свойств различных модуляторов их применяют совместно, в двух каналах управления объектом - быстром и медленном. Из-

вестей метод расчета регуляторов для подобных систем, называемый «неполным интегрированием». В работе показано, что он не обеспечивает разделения высокочастотных и низкочастотных компонент переходного процесса в различные каналы воздействия на объект. Ранее с участием автора разработан метод разделения движений на основе принципа локализации [9, 13, 16]. Метод разработан для известного порядка модели объекта. Показано, что влияние неучтенных в модели корней уравнения объекта требует детального рассмотрения. Метод разделения движений разработан для анализа систем под действием управляющего воздействия. В работе выявлены отличия метода в условиях возмущающего воздействия, обоснована необходимость его развитие для этого случая.

Рис.3. Система аттестации лазерных эталонов с переносом частоты

Рис. 4. Схема лазерного измерителя скорости, перемещения и вибраций

Анализ частотных свойств объекта с 5-образной нелинейностью затруднителен, особенно при наличии в объекте интегрирующего звена, поэтому точный расчет регуляторов невозможен. Известны методы синтеза регуляторов при интервальном задании параметров объекта и методы идентификации элементов в составе замкнутых систем управления. Соединение этих методов позволяет после предварительного синтеза быстрого контура управления уточнять модель объекта и определять технические требования к основным элементам систем управления лазерным излучением. На основе необходимых исследований и теоретических оценок сформулированы новые требования к точности электронных устройств лазерных систем (см. рис.1 - рис.4): к синхронным детекторам, генераторам, частотомерам и фазометрам.

Дальнейшее повышение точности и расширение сфер применения лазерных систем требует освоения новых областей спектрального диапазона излучения. В частности, это необходимо для упрощения преобразования частот и для создания стабильных лазеров вблизи частоты резонансного поглощения мюония. Целесообразно применение для этого стабилизированных полупроводниковых лазеров. Это требует создания прецизионных стабилизаторов их тока и температуры и систем стабилизации частот и фаз их излучения.

Вторая глава посвящена разработке основ синтеза двухканальных регуляторов для лазерных систем по методу разделения движений.

В известных системах стабилизации частоты лазерного излучения при двухканальном управлении выявлено наличие высокочастотных сигналов в медленном канале и низкочастотных компонент в быстром канале. Устранение этого недостатка достигается применением для синтеза регулятора модифицированного автором для этого случая метода разделения движений. Для объекта, описываемого уравнением

£а1Р'Х(р) = Ьи(р)г (1)

/=0

где Х(р), и(р) - выходная и входная величины, р - аргумент функции Лапласа, А(р), О(р) - полиномы, а„ Ь - параметры модели объекта, Ц - величина, обратная коэффициенту усиления контура управления, метод разделения движений [9, 13, 16] предлагает уравнения регуляторов, обеспечивающих заданный характер реакции системы на скачок управляющего воздействия с разделением компонент на быстрые и медленные.

Метод разделения движений ранее разработан без учета сверхбыстрых корней, которые могут быть не выявлены при идентификации объекта. Корректность этого метода и в этом случае впервые исследована и обоснована в работе [18]. В этом случае уравнение объекта принимает вид:

~ V/ _ ит I/

(2)

1=0 4=1

где добавлены ранее не учтенные члены высших порядков 8кР"+ Х(Р), причем 8к <-<-а,, а желаемое уравнение остается в виде

2с,р'Х(р) = с0Пр) (3)

/=о

Метод обоснования корректности основан на доказанных ранее предельных соотношениях для полиномов специального вида [9,13,16]:

т г т-1 г

Г-*" (=0 ;=0 1=0 Г у=0

Здесь > Я) - положительные коэффициенты регулятора, У - малый параметр, такой что У <<: ) <7, }.

Аналогично показано, что при У «И справедливо приближенное равенство [18]

1=0 У=2

/>и+у. (5)

1=0 ;=2

С учетом этого уравнение объекта принимает вид

1=0 7=0 где введено обозначение

8, = Ч,Г', (7)

позволяющее выделить малый параметр У из малого коэффициента.

Если порядок желаемого асимптотического уравнения системы т больше предполагаемого порядка уравнения объекта и, то в соответствии с разработанной методикой [18] уравнение регулятора принимает вид

п т~п+\

у=0

Здесь д^а, - коэффициенты, стоящие в знаменателе передаточной функции регулятора и определяющие характер переходного процесса отдельно взятого регулятора. Тогда асимптотический полином (то есть приближенный с точностью до быстрых устойчивых корней) системы (6), (8) равен

я т

+ . (9)

,=! ,=0

Здесь второй член описывает медленные желаемые движения системы, а первый - быстрые движения, мало влияющие на выходной сигнал. Выбором с, ,аг обеспечивается заданное качество системы (1), (8).

Учет высших корней обеспечивается совместным решением уравнений (6), (8). Асимптотический полином системы при У « М и Ц —> 0 равен

г п-1 т

Ч^Г'+Хр1+т+п + I а,ц>р»+> + X с,р> т

у=0 у=1 у=0

то есть к медленным и быстрым корням добавляются сверхбыстрые корни, совпадающие с корнями объекта, не охваченного обратной связью. Предполо-

жение у«(л может не выполняться с ростом коэффициента усиления

К = ц- , который выбирается при синтезе регулятора. В этом случае большой коэффициент приводит к тому, что ранее неучтенные корни в силу их слабого влияния на переходный процесс начинают сказьюаться на его характере, не приводя к нарушению условий устойчивости. При выявлении этих корней необходимо увеличить порядок модели объекта и возобновить синтез. Таким образом, метод разделения движений дает корректную процедуру синтеза регулятора, обеспечивающего устойчивое управление объектом с разделением мод переходного процесса по управляющему воздействию на быстрые, медленные и сверхбыстрые движения. Рассмотренный метод успешно применен при синтезе регуляторов для систем стабилизации температуры полупроводниковых лазеров [14, 17, 25, 27], для систем слежения за фокусом и за дорожкой для магнитооптических лазерных дисковых запоминающих устройств [18,19].

Задача разделения движений переходного процесса от возмущающих воздействий требует развития этого подхода. В работе метод модифицирован для одноканального и двухканального подавления возмущения, что обеспечило повышение точности лазерных систем частотной и фазовой автоподстройки.

На рис.5, дана структурная схема лазерных систем (см. рис.1 и рис.2).

Рис.5. Структурная схема лазерных систем с быстрым и медленным каналами.

В предположении передаточных функций модуляторов быстрого и медленного №22 каналов в виде резонансных звеньев,

о»)

_ 2л/

отличающихся частотой резонанса 1 - А- и допустимой величиной мо/ я!

ды переходного процесса быстрого (У; и медленного 112 модуляторов, синтез регуляторов лазерных систем ранее осуществлялся методом «неполного интегрирования». Регуляторы обоих каналов синтезируются в виде звеньев

ТТ^-П = г^-П ^гр (12)

1 + Р 1=1 1 + -«0 Р 2>Р 4 '

где } = 1,2, и Тд . « Т._х < Г, < Тм < Т0 _ таК0е звено с точностью до пренебрежимо малых величин в диапазоне рабочих частот эквивалентно звену вида

1,!т - (в)

1 + 7о Р Ф + Т,р 4

которое описывается в графической форме логарифмической амплитудно-частотной характеристикой (а.ч.х.) с наклоном -ЗОдБ/дек и фазочастотной характеристикой ~ на Участке частот выше °> > ■ Правый сомножитель передаточной функции (13) получил название «полуинтегратор».

В системах с модуляторами (11) и регуляторами (12) не обеспечено разделение мод переходного процесса по модуляторам.

В структуре рис.5 в предположении передаточных функций каждого контура в виде отношений полиномов М, (р) и (р) с обозначениями

Г.М^МГпСР^^г*. = = (14)

получаем:

Ux(l>) = Wm(pW(p)-H{p)l (15)

u2(p) = wul{pW(p)-H(p)], (16)

где

МЩЛР) w (р)=МЛрЩ{р) 1 Z(p) ' иг Z(p) ' (U)

Z(p) = (P) + M, (p))N2 (p) + N, (p)M2 (p). (18)

Для того, чтобы знаменатель (17) передаточных функций (16) на основании соотношения вида (4), разделялся на полиномы, описывающие быстрые и медленные группы корней, передаточные функции регуляторов быстрого Wj(p) и медленного W2(p) каналов в работе предложено синтезировать в виде:

где Ь — статический коэффициент усиления быстрого канала, Т - постоянная времени, соответствующая частоте единичного усиления быстрого канала К, G - коэффициенты регулятора, связанные соотношением KJ » Ь» G2 » 1, J > 2. В частности, при J = 2 в силу b »1, К2 » Ъ, К» G, выполняется Z{p) 1 + 7»(1 + G2Tp)(\ + ЬТр). (20)

Пренебрегая при заданном b корнями передаточных функций (11) в сравнении с корнями полинома (18) в силу ранее обоснованной корректности этого пренебрежения, получим:

w i ч Щ + GKTpf 1

UliP)* K\l + Tp)(\ + G2Tp)(\ + bTp)> (l + Tp)(l + G2Tp)' ^^

Граница разделения движений соответствует частоте соР = G гТ 1. Показано, что для повышения эффективности разделения движений требуется уменьшение области частот, где а.ч.х. соизмеримы, что достигается увеличением степени знаменателя и числителя J передаточной функции W2i(p) в (19) и (или) уменьшением степени знаменателя Wn до дробной величины, как

правый сомножитель в (12). Таким образом, метод обобщен для третьего и более высокого порядка затухания медленного тракта, что позволяет достичь требуемой глубины подавления в более широкой полосе частот.

В частности, частота единичного усиления лазерных систем стабилизации ограничена резонансными частотами пьезоэлектрических модуляторов порядка 10 кГц. Глубина подавления собственных девиаций частоты нестабилизиро-ванного лазера составляет 109 и выше. При наклоне -30 дБ/дек это обеспечивается при / < 0,01 Гц. Регулятор третьего порядка с частотой единичного усиления 1 кГц достигает этой величины при / < 1 Гц, Поэтому описанный метод предпочтителен и при одноканальном управлении с одним модулятором, как, например, в системе стабилизации частоты полупроводникового лазера.

Таким образом, необходимо повышение порядка модели и коэффициента усиления регулятора медленного канала J относительно порядка модели и коэффициента быстрого канала. Регулятор системы стабилизации частоты (см. рис.1) должен содержать интегратор первого порядка по быстрому каналу и интегратор высокого порядка по медленному каналу. Регулятор фазовой системы (см. рис.2) с учетом интегральной зависимости фазы от частоты должен содержать широкополосный усилитель или «неполный интегратор» по быстрому каналу и интегратор по медленному каналу. Это обеспечивает разделени'е движений и расширение полосы быстрого канала за счет низковольтного исполнения усилителя. Разработанная методика расчета регуляторов и применение высоковольтного усилителя с повышенным быстродействием [23] позволили создать ряд систем фазовой автоподстройки частоты без дополнительного канала частотной обратной связи [31, 39]. Ранее частотный канал был необходим для восстановления слежения после срывов при больших возмущениях.

Регулятор быстрого контура прост в расчете и позволяет обеспечить устойчивое управление на основании априорной модели объекта. Регулятор медленного контура рассчитывается после уточнения модели объекта с помощью тестовых сигналов в системе с быстрым регулятором. Для исследования моде-

ли лазерных систем и оценки вклада погрешностей их элементов разработана методика исследования а.ч.х. неконтролируемой части системы с ¿'-образной нелинейностью и интегратором. С помощью этой методики уточнена динамическая модель актюаторов [18], микрохолодильников полупроводниковых лазеров [17], лазеров с частотным детектором и других объектов [26, 29, 30]. На основе уточненных моделей синтезированы регуляторы по методу разделения движений [18, 19, 24, 25, 30]. Сочетание этой методики с программной девиацией исследуемых параметров элементов систем для анализа зависимости погрешности системы от этого параметра, позволило сформировать требования к каждому ее элементу.

В третьей главе содержится описание методов и средств обеспечения новых требований к основным элементам прецизионных систем управления лазерным излучением. На примере лазерных гетеродинных спектрометров сверхвысокого разрешения (рис.6), и ранее рассмотренных систем (рис.1 — рис.4) выделены основные элементы, вносящие наиболее существенный вклад в погрешности стабилизации [21, 30]: синхронные детекторы и их элементы, управляемые генераторы, устройства стабилизации и управления режимом работы полупроводниковых лазеров, измерители частот и фазовых соотношений.

Исследовано влияние генератора пробной девиации на сдвиг частоты стабилизируемого лазера. Для снятия зависимости этого сдвига от стабильности амплитуды и от гармонических компонент генератора разработан и применен генератор сигналов произвольной формы на основе счетчика с высокочастотным генератором на входе и запоминающего устройства с цифроаналоговым преобразователем на выходе [40]. Устройство (рис.7) позволило программно задать форму сигнала в виде гармонического с заданной величиной искажений.

Исследовано влияние величины содержащихся в сигнале пробной девиации гармонических компонент на смещение выходного сигнала синхронного детектора. При детектировании на третьей гармонике частоты пробной девиации, появление помехи на этой частоте на уровне 0,05% дает сдвиг частоты порядка

1 Гц. Установлено, что долговременная нестабильность амплитуды сигнала пробной девиации не должна превышать 0,1%. При этом изменения частоты должны быть не более 0,02%. Требуемые характеристики достигнуты и превышены применением стабилизированного кварцевого генератора [29,36].

Яе-]Уе лазер

СН4- ячейка

апч,

Не-Л/е лазер

фап,

Не-Ие лазер

СН4- ячейка

12.

=с>| фап2

~1Г

апч2

Анализатор сигнала

Рис.6. Лазерный спектрометр сверхвысокого разрешения: АПЧ - электронная часть системы автоматической подстройки частоты (см. рис.1), ФАП -электронная часть системы фазовой АПЧ (см. рис.2).

Рис.7. Генератор сигнала произвольной формы: зу - запоминающее устройство, ЦАП - цифроаналоговый преобразователь.

Теоретически определены требования к синхронному детектору (СД) систем стабилизации частоты лазера по резонансу поглощения. Влияние смещения нуля и дрейфа этой величины может быть уменьшено увеличением коэффици-

ента усиления в предшествующем тракте обработки сигнала. Диапазон допустимых значений входного сигнала СД ограничивает этот коэффициент. Поэтому сравнение схем СД показательно по отношению смещения нуля Ди к допустимому диапазону входных сигналов им . Разработан синхронный детектор на ключах и прецизионных операционных усилителях. Уменьшен дрейф этой величины до значения Аи/им<3-10~5 в диапазоне от 20°С до 50°С (Ди < ЗОмкВ при допустимом диапазоне Vм =10.8). Такое снижение относительного дрейфа достигнуто в соответствии с обоснованными требованиями, определенными из отношения допустимого дрейфа частоты замкнутой системы к величине свободных девиаций частоты разомкнутой системы [32].

Наряду с проблемой дрейфа существует проблема подавления комбинационных частот. При детектировании на гармонике необходимо, чтобы сигнал превышал паразитные отклики на этих частотах в 104 и более раз, что недостижимо в СД на ключах без предварительной фильтрации. Разработан цифроана-логовый СД на основе счетчиков и перемножающих ЦАП [38]. Его схема приведена на рис.8. В этом случае также дополнительно снижен дрейф СД. В таблице сопоставлены характеристики лучших синхронных детекторов.

+5В

Вход 1

Сброс

Генератор

Делитель частоты

±5В_

Вход 2

Фильтр -усилитель

Счетчик

ЦАП

ПЗУ

Выход 1 -►

1 Фильтр- ЦАП -у

1-► усилитель

Рис.8. Схема генератора - синхронного детектора. 22

Таблица

Сравнение параметров схем синхронных детекторов.

Схема Дрейф смещения в диапазоне от 2&С до 50°С, мкВ Подавление смещения на входе в диапазоне ±0,2 В, дБ Глубина подавления //-кратных гармоник, дБ

На ключах менее 30 56 20

На АОбЗОКИ около 300 40 50

На ЦАП (8 разр.) менее 30 56 33

Показано, что увеличение разрядности ЦАП позволяет достичь еще большего увеличения глубины подавления кратных гармоник, однако в решаемых задачах полученные характеристики СД доведены до уровня, когда их дальнейшее улучшение не принципиально, поскольку влияние шумов оптического сигнала на точность стабилизации преобладает.

Решены проблемы повышения стабильности интегратора при большом ^ времени интегрирования. С этой целью разработан и использован цифроана-

логовый интегратор на основе реверсивного счетчика с ЦАП на выходе [10].

Выявлена проблема, связанная с недостаточной стабильностью управляемых генераторов (см. рис.2), используемых для управления частотой отстройки лазеров друг от друга в лазерных спектрометрах (ом. рис.6). Показано, что стабильность генераторов, управляемых напряжением (ГУН), не достаю-,«я для требуемого снижения погрешности стабилизации Не-Ые - лазера по сверхтонкой структуре поглощения метана. Для реализации сверхмалого шага перестройки частоты в сочетании с её высокой стабильностью были созданы стабильные ГУН. Требуемые свойства обеспечены схемой двухступенчатого вычитания частот (рис.9) с образцовым кварцевым генератором [36]. Как следует из этой схемы, на выходе первой ступени частота определена соотношением:

I 23

где ^ - частота образцового генератора, К, - частота управляемого генератора. На выходе второй ступени

(23)

Если частота управляемого генератора равна Р2 =Р0± ЛР2, а частота кварцевого генератора равна = 5Р0 ± ДГ,, где = \МГц - предписанное среднее значение частоты, Д^.Д/^ - девиации частот этих генераторов, то при условии Л^, » АР2 получаем

Л = Р. + — ДК +—ДР, « Л +—К

(24)

16 1 16""" 16 " Таким образом, относительная нестабильность частоты понижена в 16 раз за счет сужения диапазона перестройки [36].

Рис.9. Схема двухступенчатого вычитания частот

Развитие этого подхода состоит в цифровом управлении генератором, для чего применяются синтезаторы частот. Отсутствие синтезаторов со сверхмалым шагом управления (менее 0,05Гц) с подавлением переходных процессов по фазе при изменении управляющего кода восполнено разработкой специального синтезатора [20]. Уменьшение шага достигнуто применением принципа

ступенчатой автоподстройки частоты с фазовой привязкой в каждой ступени к частоте кварцевого резонатора (рис.10). Относительная нестабильность разностной частоты генерации составляет около 10'" при работе от водородного стандарта. Устройство содержит ряд узлов, осуществляющих преобразование входной частоты в соответствии с уравнением:

Ршх = рвх (30 +£>/)= 750 кГц + £>1 х 25 кГц , (25)

где Гвх =25 кГц - входная частота, 30 + £>;' - целочисленный коэффициент умножения частоты, Л/ - прибавка частоты на г'-ом шаге. Частотный сумматор добавляет к полученной частоте внешнюю частоту 250кГц и все добавки, накопленные на предыдущих шагах, после чего полученная частота делится на 4. Каждая ступень сдвигает полученное ранее приращение частоты вниз в 4 раза, добавляет новое приращение и сохраняет значение несущей. Наращивание однотипных узлов позволяет сколь угодно дробить шаг управления частотой.

Рис. 10. Функциональная схема синтезатора (ФД - фазовый детектор, ГУН - генератор, управляемый напряжением)

Синтезатор применен в лазерном гетеродинном стандарте частоты. Таким образом, точность поддержания разностной частоты двух лазеров, связанных системой ФАП, определяется точностью цифрового синтеза частоты, которая на 3-4 порядка выше, чем у генератора, управляемого напряжением. Это позволило в автоматическом режиме записать производные резонанса по частоте, привязанные к абсолютной сетке частот.

Сформулированы и решены задачи прецизионного управления излучением полупроводниковых лазеров. Применение полупроводниковых лазеров в качестве источников когерентного излучения в измерительных устройствах (см. рис.4) требует специальных схем их стабилизации [1, 4]. Разработаны высокоточные устройства для стабилизации температуры [24] и тока полупроводникового лазера с обеспечением защиты от бросков тока [4, 8, 17,22].

Создание на основе полупроводниковых лазеров прецизионных лазерных систем требует обеспечения высокой стабильности тока накачки в условиях повышенного уровня помех, включая импульсные наводки. Показана необходимость стабилизации тока с относительным дрейфом не более 5 • 10"4% в час, поскольку нестабильность тока порождает возмущения длины волны и мощности излучения. С целью прецизионного управления режимом работы полупроводниковых лазеров разработаны основы схемотехнических решений устройств управления током в диапазоне от 0 до ЗА с дрейфом за 6 часов не более 3 •10"4%, а за один час - на уровне 10"4% [22]. Основным отличием от известных устройств является единственный источник питания с последовательной стабилизацией напряжения и тока (рис.11). Это позволяет при высокой стабильности избежать скачков тока при коммутациях основного питания и питания схем управления и контроля. В цифровом стабилизаторе это качество сохранено применением цифроуправляемых резисторов (А08402, Ай8403).

Разработаны устройства стабилизации температуры с понижением погрешности за счет выбора элементной базы и применения методики синтеза ре-

гуляторов, модифицированной во второй главе [24]. Воспроизводимость температуры составляет ± 0,005°С, что ограничено типом датчиков [25, 37,40].

Для исследования зависимости ватт-амперных характеристик полупроводниковых лазеров от температуры созданы прецизионные устройства цифрового управления током накачки и температурой полупроводникового лазера от компьютера [22, 24,25, 30, 37, 43] с повышенной точностью регистрации параметров их излучения за счет схемы малошумящего усилителя фотоприемника [7, 15]. Разработаны источники импульсного управления током полупроводниковых лазеров для модуляции мощности луча, которые использованы при создании магнитооптического запоминающего устройства [17] и для разработки и испытаний новых полупроводниковых лазеров [41].

Рис. 11. Прецизионный источник тока накачки полупроводникового лазера

В четвертой главе решаются задачи повышения точности измерения частот и фаз сигналов лазерных интерферометрических систем (см. рис.3, рис.4) в заданных временных интервалах.

Исследование погрешности стабилизации частоты излучения лазеров требует измерения нестабильности разностной частоты двух идентичных лазерных систем во времени (см. рис.3). Результат измерения используется для вы-

числения специальной статистической характеристики нестабильности частоты во времени - дисперсии Аллена, определяемой как

где У,(Т)>У,*\(Т) - средние значения частоты на смежных временных интервалах длительностью т секунд каждый [44]. Угловыми скобками отмечено статистическое среднее по ансамблю пар измерений, которое в эксперименте заменяется усреднением во времени.

Известные частотомеры содержат два счетчика, которые в течение одного и того же измерительного интервала Т подсчитывают количество импульсов измеряемой частоты и образцовой частоты. В течение времени, требуемого для остановки, считывания показаний и повторного запуска счетчиков, частотомер не реагирует на входной сигнал. Это время называется «мертвым». Корректная оценка частоты (26) требует строго нулевого «мертвого» временем 0М - О между соседними отчетами средней частоты >",(«"), у,(г).

В связи с новейшими достижениями в области повышения стабильности и точности лазерных интерферометрических систем резко возрос интерес к повышению точности оценки (26) за малые интервалы г е[103 -г 10° с]. При таких временах осреднения современные частотомеры не обеспечивают требуемой точности измерения У,(т)- В работе показано, что абсолютная погрешность измерения частоты за интервал г составляет

где А^ = ±1 - абсолютная погрешность измерения количества периодов измеряемой частоты в измерительном интервале т, связанная с дискретностью счета, Аг « А я - погрешность определения длительности интервала т, сформированного из импульсов образцовой частоты Частота определяется ум-

(26)

(27)

ножением образцовой частоты на отношение количества N1 импульсов измеряемой частоты в интервале г к количеству М импульсов образцовой частоты в том же интервале:

Обычно точность измерения частоты на заданных интервалах времени ограничена соотношением (27), если длительность этих интервалов формируется из образцовой частоты не зависимо от измеряемой частоты. В режиме измерителя интервалов точность ограничивается аналогичным соотношением для образцовой частоты. В этом случае повышение точности требует повышения отношения образцовой частоты к измеряемой частоте. Повышение образцовой частоты ограничено возможностями счетчика, а снижение измеряемой частоты повышает погрешность формирования счетных импульсов. Кроме того, этот режим не допускает многоканального измерения частот. Известные частотомеры с понижением погрешности А/У путем уточнения длительностей характеризуются недопустимо большим значением вм я 0,1 -ь Юлю.

Для снижения погрешности дискретности и устранения прерывания измерения частот в диссертации разработаны принципы создания скоростных многоканальных прецизионных частотомеров [44, 46, 48] и созданы устройства на их основе (рис.12). Устранение прерываний обеспечено возможностью чтения счетчиков без остановки их работы, что достигнуто благодаря синхронизации счетных импульсов с фронтами образцовой частоты. Введением в устройство двух схем синхронизации также обеспечено исключение ошибки неопределенности при совпадении сигнального фронта с началом или концом измерительного интервала. Снижение погрешности достигнуто уточнением интервала между началом и концом измерительного интервала и очередным фронтом сигнала измеряемой частоты. Для этого в устройство введен формирователь импульса ошибки квантования с каналом измерения длительности этого импульса. Для повышения точности интерполяции в схему введен чет-

вертый счетчик, а формирователь сигнала ошибки имеет дополнительный вход, соединенный с выходом первой схемы синхронизации и дополнительный выход, соединенный с тактовым входом четвертого счетчика [44]. Полученное целое количество импульсов измеряемой частоты (28) относится, таким образом, не к образцовому интервалу Г,, а к уточненному интервалу г'Ат(+Дг,+|.

Рис.12. Частотомер с повышенной точностью

Погрешность ЛДг измерения интервалов Л Г, составляет 1нс. В результате точность измерения частоты за малые интервалы г>10"3с повышена в 500 раз в сравнении с традиционным цифровым частотомером при той же тактовой

частоте (10МГц) [52]. В трехканальном исполнении измерительный интервал формируется компьютером, а тактовые импульсы, канал счета тактовых импульсов общий, каналы счетчиков 1, 3 и 4 дублируются. Схема растяжки импульсов отличается повышенной стабильностью за счет специальных схем тока заряда и разряда интегратора и их коммутации. Новизна технических решений подтверждена положительным решением на выдачу двух патентов [54, 55].

Также решена задача повышения точности фазовых измерений в интер-ферометрических лазерных системах (см. рис.4). В лазерных виброметрах малые высокочастотные изменения фазы несут информацию об исследуемых процессах. Необходимо детектирование фазовых девиаций < W"4 рад. в

слабых сигналах в присутствии большой мешающей низкочастотной компоненты | <р нч

Прецизионное измерение в акустической полосе частот разности фаз пары сигналов в реальном времени достигнуто получением и обработкой аналитического сигнала [53] (КО = х(0 + 1У(0, где

>>(/) = M(Os¡n(2<r + 0), (29)

*(/) = u(t) cos(27tfat + в) . (30)

Мгновенная частота такого сигнала определяется следующим образом:

Знаменатель дроби пропорционален квадрату огибающей сигнала y/(t):

И')|2=*2(0+/(0=«2(0. (32)

Повышение точности достигнуто получением при гетеродинном преобразовании трехфазного сигнала вида

A(tl) = Vq sinfp^ )] = v0 sin q>t, (33)

B(/t) = v0sin|>t+120o], (34)

C(ít) = v0sin[^+240°]. (35)

Далее из условия A(tk ) + В(tk ) + C(tk ) = 0 вычисляются M = A(tk ) - {A(tk ) + B(tk ) + C(tk )} = -B(tk ) - C(tk ), (36)

Bk=-A(tk)-C(tk), (37)

С к = -A(tk ) - B(tk ). (38)

и аналитический сигнал:

Htk) = Ak + -j^[Bk-Ck)]i (39)

для которого справедливо:

V(0 = г* ехР{'(^д +<Рк)) • (40)

Тогда фаза (рлк сигнала (39) определена соотношением

Ât S

<Рлк = arctg —- . (41)

Вк-Ск

Выражение (41) несимметрично относительно А к, В к, С к (далее индексы при А, В, С опускаем). Можно получить симметричное соотношение, получив две дополнительных равноправных оценки фазы, а затем усреднив их.

5->/з" CS

<Рвк = arc'ê 9ск = arctS -JZJ- (42)

Суммирование углов векторов можно получить перемножением их проекций, поскольку при перемножении векторов их углы складываются, а изменения длин не имеют значения при определении углов. Тогда получаем:

1, ч 1 Ъ4ЪАВС

9к = J+ f « + Л* )= jarctg {B_cxc_A){A_By (43)

Данное соотношение использовано для вычисления сверхмалых девиаций и позволяет подавить влияние аддитивных и мультипликативных шумов на порядок в сравнении с аналоговыми методами фазовой демодуляции. Дана оцен-

ка зависимости точности лазерного виброметра от мощности оптического сигнала. Шум фазовых измерений с уменьшением мощности сигнала в разработанном фазометре, в отличие от устройств на основе известных фазовых детекторов на основе компараторов и триггеров, всегда ограничен.

Экспериментально подтверждено повышение чувствительности в разработанных устройствах при детектирования приращений фаз высокочастотных сигналов в полосе частот по девиациям до 5 кГц. Эквивалентный фазовый шум снижен до Ю'4 рад. аналоговыми методами и менее 10~5 рад. с применением цифровой обработки в реальном времени. Предельная чувствительность достигается при превышении сигналом величины 0,5-2 мВ и позволяет с С02-лазером (длина волны равна 10,6 мкм) измерять величину субнанометровых вибраций (менее 0,1 нм).

Пятая глава содержит описание использования реализованных устройств и полученные результаты. Указаны пути развития разработанных методов и решений и использования результатов в смежных областях. Анализируется применение созданных устройств управления для повышения точности гетеродинного лазерного спектрометра (см. рис.6). Цифровое управление позволяет совмещать два режима: спектрометра сверхвысокого разрешения и стандарта частоты. С этой целью оба управляемых генератора выполнены в виде цифровых синтезаторов частоты [28, 30]. В системе применены прецизионные синхронные детекторы, и другие элементы, описанные в третьей главе.

Разработанные электронные устройства использованы для стабилизации частоты 77-сапфирового лазера, стабилизации длины интерферометра по длине волны лазера, стабилизации температуры отростка ячеек 12 и 1Вг при их прецизионной спектроскопии. Это позволило найти и аттестовать частотный репер вблизи длины волны 732 нм, необходимый для высокоточной спектроскопии в рамках международной программы исследований спектров мюония [35, 36, 42]. Устройства стабилизации тока и полупроводниковых лазеров позволили создать на их основе первые отечественные доплеровские измерители скорости [1,

ÍГ0C■ (-ЛЦИ»НАЛЬНАЯ1 БИвлиетем ' | С. Петербург {

4] а дополнительное применение устройств стабилизации частоты полупроводникового лазера, в частности, по рубидиевой ячейке, позволило на основе этих излучателей создавать малогабаритные эталоны частот [45]. Разработаны системы фазовой привязки СО2 — лазеров для интерферометрических измерений микронных приращений длины на больших расстояниях (свыше 1км) и устройства стабилизации частоты СО2 - лазеров по максимуму мощности. Приведены результаты разработки электронных устройств фазовой автоподстройки частоты двух СО2 - лазеров. В условиях ударных возмущений порядка 0,1 кг-м/с на основание лазера система сохраняет фазовую привязку в пределах , а в условиях комнатных акустических помех обеспечивает поддержание фазовой ошибки в пределах 0,03 Я" [31]. В другой системе с Не-Ые — лазерами аналогичное устройство обеспечивает привязку фазы с погрешностью не более 2 Ж -10"9 за время осреднения 10с и более [39]. Разработан цифровой стенд для аттестации полупроводниковых лазеров на заводе-изготовителе. Обеспечено управление током в диапазоне от 0 до ЗА с шагом 0,01% от диапазона, с долговремен-.ной нестабильностью не более 3,3-10 от диапазона за б часов. Стабилизация температуры осуществлена с погрешностью датчика (±0,001°С). Приведены результаты применения метода разделения движений для синтеза регуляторов систем стабилизации температуры полупроводникового лазера [17], систем слежения за фокусом и дорожкой [18], позволившие создать первое отечественное лазерное магнитооптическое запоминающее устройство на основе эффекта Керра [19]. Прецизионные частотомеры и фазометры применены при аттестации лазерных систем и при обработке сигналов интерферометрических измерителей скорости, длины и вибраций.

где внедрены полученные результаты и где они еще могут быть использованы. Показано, что поставленные задачи повышения точности и расширения сфер применения лазерных систем успешно решены.

В результате выполненных исследований созданы методики аттестации лазерных систем, уточнения требований к параметрам электронных элементов (регуляторов) и устройств (измерителей и стабилизаторов температуры и тока, частоты, фазы сигналов) этих систем. Обоснование корректности и развитие метода разделения движений для синтеза регуляторов позволило расширить полосу и повысить точность лазерных систем и их вспомогательных устройств.

Погрешности разработанных устройств снижены до величин, пренебрежимо малых в сравнении с оптическими шумами лазерных систем.

В приложении помещены материалы дополнительного и справочного характера. Даны схемы устройств и эпюры сигналов. Приведено обоснование и описание методики исследования объектов управления с ¿'-образными характеристиками и результаты ее применения. Прилагаются документы о внедрении результатов в промышленности и в научном эксперименте.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработаны и реализованы методики исследования и уменьшения основных погрешностей электронных систем стабилизации частоты излучения газовых, полупроводниковых и твердотельных лазеров по реперам оптического диапазона и электронных измерительных устройств для этих систем.

2. Обоснована корректность анализа и модифицирована методика синтеза регуляторов лазерных систем на основе метода разделения движений для эффективного подавления возмущающих воздействий при стабилизации частоты, разности фаз, положения сфокусированного пятна и температуры оптических элементов.

3. Разработаны регуляторы для лазерных систем стабилизации и гетеродинного преобразования частот с глубоким подавлением шумов в акустическом диапазоне и обеспечено повышение точности этих систем разработкой и приме-

нением прецизионных синхронных детекторов и синтезаторов частот с шагом 0,05Гц и погрешностью 10"'%.

4. Разработаны устройства управления током полупроводниковых лазеров, с воспроизводимостью тока в пределах ± 10"4 % от диапазона.

5. Разработаны устройства стабилизации температуры полупроводниковых лазеров и иных оптических элементов с погрешностью, определяемой датчиком (± 0,001°С) на интервалах усреднения 100 с и более.

6. Разработаны и реализованы методы и средства непрерывного многоканального измерения частот за интервалы т > 10"3с с понижением погрешности

дискретизации длительности до Аг 5 10 9с за счет ее уточнения путем формирования интервальных импульсов, их растяжки и измерения длительности получаемых импульсов.

7. Разработаны и реализованы методы и средства детектирования в полосе звуковых частот слабых, на уровне А<р > 10~5 рад., фазовых девиаций высокочастотных маломощных сигналов лазерных виброметров за счет обработки аналитических сигналов, получаемых на промежуточной частоте с подавлением дрейфа нуля и амплитудных девиаций.

8. Обеспечена возможность создания и аттестации частотного репера вблизи частоты излучения мюония разработкой методов и средств прецизионной стабилизации частоты лазера и стабилизации длины интерферометра по длине волны образцового излучения, стабилизацией температуры отростка поглощающих /2 и IBr ячеек.

ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Дубнищев Ю.Н., Жмудь В.А., Павлов В.А., Столповский A.A. Устройство для измерения скорости - A.c. N1139261, 1982, МКИ G 01 P3/36 - опубл.: ОИПОТЗ, 1987, N12, с.281.

2. Жмудь В.А., Соболев B.C., Столповский A.A. Устройство для обработки доплеровского сигнала A.c. N1091087, 1982, МКИ G 01 R23/02. - опубл.: ОИПОТЗ, 1984, N17, с.158.

3. Жмудь В.А., Плотникова Г.А., Соболев B.C., Столповский A.A. Следящий фильтр - демодулятор доплеровского сигнала A.c. N1186058, 1985, МКИ Н 03 L 7/00. - опубл.: ОИПОТЗ, 1985, N38, с.263.

4. Дубнищев Ю.Н., Жмудь В.А. Павлов В.А., Столповский A.A. Применение полупроводникового лазера в когерентно-оптическом измерителе скорости // Автометрия, 1984, N1, с. 110-111.

5. Артамонов В.Ф., Белоусов П.Я., Дубнищев Ю.Н., Жмудь В.А. и др. Лазерный измеритель скорости горячего проката//Сталь, 1986, N8, с.65-68.

6. Жмудь В.А. Следящий процессор для обработки сигналов ЛДИС в режиме обратного рассеяния // Автометрия, 1986, N6, с.28 - 33.

7. Жмудь В.А., Столповский A.A., Кононенко Ю.П. Об одном способе расширения полосы высокочастотного фотоприемника // Автометрия, 1988, N1, С.107- 108.

8. Жмудь В.А. Столповский A.A. Устройство стабилизации режима работы полупроводникового лазера // Автометрия, 1988, N2, с. 104 - 106.

9. Востриков A.C., Воевода A.A., Жмудь В.А. Управление линейными нестационарными динамическими объектами по методу локализации - Новосибирск, 1988. - 24с. - Инст. автоматики и электрометрии СО АН СССР 15.10.88, N407,

Ю.Жмудь В.А. Цифроаналоговый интегратор для систем электронной обработки сигналов // Приборы и техника эксперимента, N4,1989, с.97-99.

11.Жмудь В.А.. Уткин Е.Н Универсальный доплеровский частотомер // Приборы и техника эксперимента, N4, 1989, с.100-102.

12.Zhmud' V. A. The tracking signal processor for the back-scattered beams laser Doppler velocimeter // Proc. of the Int. Conf. on Fluid dynamics measurements

and its applications China, Beijing, 1989, Pergamon Press, Modern Techniques and Measurements in fluid flows.

13.Vostrikov A.S., Voevoda A.A., Zhmud' V.A. Control of linear dynamic objects with variable parameters by the method of localization. - Novosibirsk, 1990 -56c.- Preprint Inst, of Automation and Electrometry, Sib. branch USSR Ac. Sci. 28.05.90, N462,

14. Воевода A.A., Жмудь B.A. Оптимизация динамики контура термостабилизации полупроводникового лазера. Развитие метода локализации // Автометрия, 1990,Nl,c.43 -50.

15. Волков Е.Г., Жмудь В.А., Столповский А.А., Кононенко Ю.П. Практические схемы широкополосных фотоприемников // Приборы и техника эксперимента, 1990, N1, с. 174-176.

16.Востриков А.С., Воевода А.А., Жмудь В.А. Управление линейными динамическими объектами по методу разделения движений. - Новосибирск, 1991. - 40 с. - Препринт Инст. автоматики и электрометрии СО АН СССР 22.09.91, N467.

17.Волков Е.Г., Жмудь В.А., Кругляк З.Б. Программно-управляемый полупроводниковый лазер для магнитооптической памяти // Автометрия, 1992, N1, с.45 - 54.

18.Воевода А.А., Жмудь В.А. Синтез системы автофокусировки для магнитооптической памяти методом разделения движений, корректность метода // Автометрия, 1992, N 2, с.59-66.

19.Соболев B.C., Белкин A.M., Жмудь В.А. и др. // Магнитооптический накопитель в международном стандарте. Автометрия, 1994, N5, с. 3 - 16.

20. Ефимов А.С., Жмудь В.А. Синтезатор частоты со сверхмалым шагом для систем частотной и фазовой автоподстройки // Автометрия, 1996, N 2, с. 21 -25.

21.Жмудь В.А. Разработка автоматизированной системы адаптивного управления спектрометром сверхвысокого разрешения и мобильным стандартом

частоты на его основе. // Гос. научно-техническая программа «Фундаментальная метрология» - Сб. отчетов за 1996 г. Новосибирск, 1996, с. 15 8-162.

22.Ефимов A.C., Жмудь В.А., Падюков И.В. Прецизионный источник тока для полупроводникового лазера//Автометрия, 1997, N3 с.111-115.

23. Жмудь В.А., Кирдянов И.Н. Высоковольтный операционный усилитель для пьезокерамического модулятора длины газовых и твердотельных лазеров // Приборы и техника эксперимента, 1997, N6, с.1 - 2.

24. Жмудь В.А., Падюков И.В. Прецизионная микропроцессорная система стабилизации температуры // Автометрия, 1997, N5, с. 115-120.

25.Воевода A.A., Жмудь В.А., Ивашко Д.Ю и др. Автоматизированный стенд для снятия ватт - амперных характеристик полупроводникового лазера при различных температурах // Сб. научн. трудов НГТУ, 1997, 4.1 - N3 (8), с.91 -96; 4.2. - N4 (9), с. 41 - 46.

26.Воевода A.A., Жмудь В.А. Системы фазовой автоподстройки частоты для лазерных спектрометров // Сб. научн. трудов НГТУ, 1998 N1 (10), с.15-24.

27. Воевода A.A., Жмудь В.А., Столповский A.A. и др. Инжекционные полупроводниковые лазеры: пятнадцатилетний опыт применения в когерентно-оптйческих измерительных системах // Сб. научн. трудов НГТУ - 1998, 4.1 -N2 (11), С.90-100; ч.2 - N3 (12), с.74-82.

28.Воевода A.A., Жмудь В.А., Падюков И.В. и др. Прецизионное управление лазерным спектрометром с помощью синтезаторов частоты, персональной ЭВМ и цифро-аналогового интерфейса // Сб. научн. трудов НГТУ, 1998 - N4 (13), с.145-152.

29.Воевода A.A., Жмудь В.А., Кармасов C.B. '¡^--изионная система автоподстройки частоты He-Ne лазера по резонансу поглощения .,ча ц сб научн. трудов НГТУ 1998, Новосибирск, N4(11), с.145 - 152.

30.Жмудь В.А. Автоматизированные системы управления полупроводниковыми лазерами для прецизионной спектроскопии // Гос. научно-техническая

программа «Фундаментальная метрология» - Сб. отчетов за 1997 г. Новосибирск, 1998, с. 173-177.

31.Бармасов С.В., Жмудь В.А., Воевода А.А. Фазовая стабилизация частоты биений двух идентичных лазеров для спектрометрии // Автометрия, 1999, N2, с.78 - 83.

32. Жмудь В.А., Бармасов С.В., Гительсон В.Д. Электронная система стабилизации частоты He-Ne лазера по линиям поглощения метана // Приборы и техника эксперимента, 1999г. N4, с.127 - 133.

33. Жмудь В.А. Электронные системы управления лазерным излучением: Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 4.1 - 1998. - 63с.; 4.2 - 1999. - 55 с; 4.3 - 2000. - 50 с, Ч 4 - 2003. - 64с.

34.Жмудь В.А. Электронная система управления спектрометром сверхточного разрешения и возимым стандартом частоты на его основе // Гос. научно-техническая программа «Фундаментальная метрология» - Сб. отчетов за 1998г. Новосибирск, 1999, с.147-148.

35.Bagayev S.N., Belkin A.M., Dychkov A.S., Zhmud V.A. et al. Absolute frequency measurements in precision laser spectroscopy of Muonium // SPIE Proceedings Vol. 3736, ICONO '98: Quantum Optics, Interference Phenomena in Atomic Systems, and High-Precision Measurements, Paper N: 3736-36, Published 1999, Moscow, Russia pp.310-318.

36.Bagayev S.N., Belkin A.M., Zhmud V.A. et al. Frequency standard at 732 nm based on Iodine hyperfine transition used for high precision laser spectroscopy of Muonium // MPLP'97 Proceedings of the Second International Symposium on Modern Problem of Laser Physics: Novosibirsk, 1997, v.l, pp.377 - 386.

37.Воевода A.A., Жмудь B.A., Соловьев A.JI.. Цифровая система термостабилизации полупроводникового лазера: математическая модель и условия получения оптимального переходного процесса // Автометрия. 2000, N3, с. 109121.

38.Ефимов A.C., Жмудь В.А. Цифровой синхронный детектор с генератором медленного сигнала // Приборы и техника эксперимента, 1999, N2.

39.Бармасов C.B., Жмудь В.А. Аппаратура для фазовой автоподстройки разностной частоты двух лазеров // Приборы и техника эксперимента, 2000, N2, с. 104-106.

40.Ефимов A.C., Жмудь В.А., "Ивашко Д.Ю. и др. Прецизионное управление полупроводниковыми лазерами // Приборы и техника эксперимента, 2000г. N3,c.l27- 133.

41.Жмудь В.А., Соколов А.Г. Источник импульсного тока для инжекционных полупроводниковых лазеров // Приборы и техника эксперимента, 2000, N2, с.155-156.

42.Багаев С.Н., Белкин A.M., Дычков A.C. Жмудь В.А. и др. Частотный репер в области Х=732 нм для прецизионной лазерной спектроскопии мюония // Квантовая электроника, том 30, N7(337), 2000, с.641- 646.

43.Васильев В.А., Жмудь В.А. Система термостабилизации диодного лазера // Приборы и техника эксперимента, 2000г. N4, с. 158 - 159.

44. Борисов Б.Д., Васильев В.А., Гончаренко A.M., Жмудь В.А. Методика оценки стабильности стандартов частоты // Автометрия, 2002, том 38, N3, С.104- 112.

45.Zhmud' V.A., Ayoub S., Hassuoneh V. Frequency Feedback laser systems // Proceedings of the IASTED International Conference Automation, Control and Information technology. June 2002. Novosibirsk, Russia, ACTA Press, Anaheim, Calgary, Zurich, pp.338-341.

46.Zhmud' V.A. Estimation of the instability of the Laser frequency Standards // Proceedings of the IASTED International Conference Automation, Control and Information technology. June 2002. Novosibirsk, Russia, ACTA Press, Anaheim, Calgary, Zurich, pp. 9 - 13.

47.Жмудь В.А. Широкополосная высокочувствительная фазометрия для лазерных виброметров // Сб. научн. трудов Hi ТУ 2002, Новосибирск, N1(27), с.97-102.

4S.Borisov B.D., Goncharenko A.M., Vasiliev V.A., Zhmud' V.A. Precise measurements of high-stable lasers radiation frequency and phase // Proceedings of SPIE, Novosibirsk, 2002, vol.4900, pp. 162-166.

49.Voevoda A.A., Farnosov A.S., Zhmud' V.A.. High-speed phase-locked-loop frequency control of identical lasers // Proceedings of SPIE, Novosibirsk, 2002, vol.4900, pp. 346-351.

50.Васильев B.A., Жмудь B.A., Ильянович Ю.Н. и др. Детектирование приращения текущей фазы в лазерном измерителе малых вибраций на больших базовых расстояниях // Приборы и техника эксперимента, 2002, N3, с.98-100.

51.Жмудь В.А. Метод разделения движений для подавления возмущений в лазерных системах // Автометрия, 2002, N5, с.119-126.

52.Жмудь В.А. Частотные измерения в прецизионных лазерных системах // Научный вестник НГТУ. - 2002. - N 2, с. 147-156.

53.Гончаренко A.M., Васильев В.А., Жмудь В.А. Метод повышения чувствительности лазерных виброметров // Автометрия, 2003 (39), N2, с.43-47.

54.3аявка РФ N2001123305 на изобретение от 20.08.01. «Преобразователь масштаба времени» - В.А. Васильев, В.А. Жмудь, A.M. Гончаренко (положительное решение экспертизы от 30.01.03.)

55.3аявка РФ N2001119487 на изобретение от 13.07.01. «Цифровой частотомер» - В.А. Васильев, В.А. Жмудь, A.M. Гончаренко (положительное решение экспертизы от 28.01.03.)

Подписано в печать 14.05.03. Формат 48x16x1/16 Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Печ. л. г..00 Заказ № ¿Ц

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Жмудь, Вадим Аркадьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

•» ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ,

ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ КАЧЕСТВО ЛАЗЕРНЫХ СИСТЕМ

1.1. ОБЗОР ЗАДАЧ

1.2. ЗАДАЧИ СИНТЕЗА РЕГУЛЯТОРА

1.2.1. Задача разделения движений

1.2.2. Проблемы подавления возмущающих воздействий

1.3. ЗАДАЧИ СНИЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ 47 АНАЛИЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ СПЕКТРОМЕТРОВ 1.3.1. Основные источники погрешности спектрометров

1.3.2. Погрешности синхронных детекторов

• 1.3.4. Вклад качества сигнала пробной девиации

1.3.5. Вклад погрешности частоты управляемых 65 генераторов

1.3.6. Вклад шума фотоприемника

1.4. НЕОБХОДИМОСТЬ ПРЕЦИЗИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ 66 ЛАЗЕРАМИ

1.4.1 Выбор между стабилизацией мощности и стабилизацией тока

1.4.2. Проблемы прецизионной стабилизации тока

4.1.3. Повышение точности систем термостабилизации

1.5. ЗАДАЧИ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ЛАЗЕРНЫХ

1 СИСТЕМ

§1.5.1. Многоканальное измерение частот

§1.5.2. Широкополосное измерение фазовых девиаций 90 1.6. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СИНТЕЗА РЕГУЛЯТОРА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЙ

ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА ПО ВОЗМУЩЕНИЮ

2.1. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРЕКТНОСТИ МЕТОДА

2.1.1. Постановка вопроса в частной задаче синтеза

2.1.2. Обоснование корректности в общем виде

2.2. РАЗДЕЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЙ ПО МОДУЛЯТОРАМ

2.3. ОСОБЕННОСТИ МЕТОДА ДЛЯ СИСТЕМ ЧАСТОТНОЙ И ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ

2.3.1. Структурная схема системы с двумя модуляторами

2.3.2. Стабилизация частоты лазера по эталону

2.3.3. Фазовая привязка частоты лазера

2.4. СРАВНЕНИЕ С МЕТОДОМ "НЕПОЛНОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ"

2.4.1. Вводн ые сведения

2.4.2. Результаты модельного анализа

Введение 2003 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Жмудь, Вадим Аркадьевич

Диссертационная работа посвящена решению проблемы повышения точности и расширения сфер применения лазерных интерференционных и спектроскопических измерительных систем. В работе приведены результаты исследований, полученные автором в Институте лазерной физики Сибирского отделения РАН и в Новосибирском государственном техническом университете, в 1990-2002 гг. В диссертации разработаны основы исследования погрешностей стабилизации частоты лазерного излучения, уточнены требования к электронным элементам этих систем и разработаны методики и технические решения для их выполнения. Решены задачи прецизионного управления частотой излучения газовых, твердотельных и полупроводниковых лазеров в контуре частотной и фазовой автоподстройки, измерения частот и фаз сигналов, получаемых в лазерных системах. Осуществлен теоретический анализ динамических свойств замкнутых систем двухканального управления частотой и фазой излучения при подавлении возмущающего воздействия, обеспечено разделение движений по модуляторам в сопряженных частотных областях. Разработанные прецизионные системы управления с электронными элементами и устройствами, улучшенными на основе разработанных методик, использованы при создании и аттестации лазерных частотных эталонов, спектрометров, виброметров, измерителей скорости и длины, оптических запоминающих устройств.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения, лазерная интерферометрия и метрология требуют высокоточного управления частотой и фазой лазерного излучения и прецизионного измерения частоты и фазы принятого сигнала [7, 15 - 26]. Электронные системы стабилизации частоты лазеров по резонансам нелинейного поглощения веществ позволяют снизить кратковременную относительную нестабильность частоты до величин на уровне 10"13-10"14% [15, 23, 25, 26, 39].

Дальнейшее снижение нестабильности частоты ограничено недостаточной точностью электронных систем ее стабилизации в контуре обратной связи. Погрешность этих систем определяется динамической ошибкой регулирования и несовершенством устройств измерения стабилизируемой величины. Снижение ошибки регулирования требует развития методик синтеза регуляторов для подавления возмущающих воздействий в широкой полосе частот. Снижение погрешностей измерений требует разработки новых подходов к созданию электронных измерительных устройств.

Электронная часть лазерных систем содержит элементы управления для стабилизации частоты по реперу, подсистемы гетеродинной передачи малой нестабильности частоты в другой частотный диапазон и анализирующие устройства. Воспроизводимость частоты лазерных систем ограничена температурными дрейфами и другими неконтролируемыми изменениями параметров электронных устройств и несовершенством регуляторов. Следует выделить основные элементы и устройства (регуляторы и датчики), ограничивающие точность систем управления частотой лазерного излучения для решения задач ее повышения. Необходима методика определения вклада этих устройств в общую погрешность и технические решения по совершенствованию этих устройств.

Актуально также освоение новых областей спектрального диапазона излучения. Например, лазерная спектроскопия мюония (для фундаментальной метрологии) требует разработки основ управления частотой излучения полупроводниковых лазеров (ППЛ). Это требует решения проблем частотной стабилизации ППЛ, и предварительной стабилизации режима их работы путем прецизионного управления их температурой и током. Допустимая нестабильность тока составляет ±5-10~4% в час, а кратковременный уход температуры не должен превышать ± 0,002° С.

Лазерные методы дают высшую точность при измерении скоростей, перемещений и вибраций объектов. Снижение габаритов за счет перехода на ППЛ и повышение точности за счет новых устройств стабилизации оптических характеристик, управления ими и измерения получаемых сигналов расширяет сферу их применения.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Повышение точности и расширение сфер применения лазерных интерферометрических систем и эталонов за счет прецизионных электронных измерительных устройств и повышения качества стабилизации частоты и фазы излучения и режима работы отдельных элементов.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

5. Обеспечение возможности создания и аттестации частотного репера вблизи частоты излучения мюония разработкой методов и средств прецизионной стабилизации частоты лазера и стабилизации длины интерферометра по длине волны образцового излучения.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

НАУЧНАЯ НОВИЗНА В результате исследований впервые получены следующие научные результаты:

1. Обоснована корректность метода разделения движений для синтеза регуляторов с позиции неучтенных корней объекта и предложена модификация этого метода для подавления возмущающих воздействий с кратным увеличением порядка и коэффициента медленного контура управления в сравнении с быстрым контуром, что позволяет при двух-канальной стабилизации частоты лазерного излучения за счет разделения требований по диапазону управления и по быстродействию расширить полосу и увеличить глубину подавления возмущений.

3. Разработаны и реализованы устройства прецизионного, малошумящего (с дрейфом ± 10"4 % за 1 час) управления током полупроводниковых лазеров и их защиты от катастрофической деградации при токах, близких к критическим, что позволило расширить сферу их применения в интерферометрических измерительных системах.

4. Разработаны и реализованы методы и средства непрерывного многоканального измерения частот сигналов лазерных систем за интервалы т > 10~3с с понижением погрешности дискретизации длительности до 10 С за счет ее уточнения путем формирования дополнительных интервальных импульсов, их растяжки и измерения полученной длительности.

5. Разработаны и реализованы методы и средства детектирования в полосе звуковых частот слабых на уровне Д^^Ю 5 рад. фазовых девиаций высокочастотных сигналов лазерных виброметров за счет обработки аналитических сигналов, формируемых на промежуточной частоте с подавлением дрейфа нуля и амплитудных девиаций. ц ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что ее результаты позволили:

1. Обеспечить аттестацию лазерных и иных частотных эталонов непрерывным многоканальным измерением частот на интервалах Т от

10 ~3 с до 102 с с относительной погрешностью частоты порядка погрешности определения этих интервалов, задаваемых отношением

3. Аттестовать полупроводниковые лазеры и программно управлять ими с шагом управления током 0,01% при неконтролируемых отклонениях не более ±10"4 % от диапазона и при управлении температурой с погрешностью датчика (± 0,001° С).

4. Повысить точность дистанционного бесконтактного измерения субна-нометровых вибраций диффузно рассеивающих поверхностей в полосе звуковых частот.

5. Создать и исследовать частотный репер в области А.=732 нм на парах молекулярного йода, примененный для лазерной спектроскопии мюо-ния.

РЕАЛИЗАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Разработанный синтезатор частоты с относительной погрешностью стабилизации частоты 8/ < 10 ~п и с шагом управления 0,05 Гц использован для прецизионного управления стандартами частоты с телескопическим расширителем пучка.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях и симпозиумах, включая 9 международных, перечень которых дан в заключении.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 1. Метод повышения быстродействия и точности двухканальной стабилизации частоты лазерного излучения для подавления возмущающих воздействий, обеспечивающий разделение компонент переходного процесса в быстром и медленном каналах путем кратного повышения порядка модели и коэффициента усиления регулятора медленного канала относительно быстрого канала за счет разделения требований к управляющим элементам по быстродействию и по диапазону управления.

2. Обоснование и технические решения для прецизионного малошумя-щего управления током полупроводниковых лазеров с одновременной стабилизацией температуры в пределах ±0,001° С и защиты от бросков тока при мощностях излучения, близких к критическим значениям, позволяющие создавать интерферометры и частотные эталоны в новых оптических диапазонах.

4. Метод и технические решения повышения разрешающей способности устройств регистрации сверхмалых, порядка рад., фазовых девиаций сигналов лазерного спектрометра в акустической полосе частот получением аналитического сигнала при гетеродинном переносе частоты на низкочастотную несущую с аналоговой или цифровой фазовой или частотной демодуляцией.

6. Технические решения для повышения точности электронных устройств термостабилизации, стабилизации частоты лазерного излучения и стабилизации длины резонатора по длине волны лазерного излучени, позволившие найти и аттестовать частотный репер дл пре цизионной спектроскопии мюони

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ Диссертаци состоит из введени , п ти глав с выводами по каждой из них, заключени , списка литературы и приложени Объем диссерта ции составл ет страниц основного текста, включа рисунков, таблиц Список литературы содержит наименований

Первая глава содержит обзор известных лазерных систем, поста новку и анализ основных задач, вытекающих из цели работы, обоснова ние рациональности использованных методов и средств их решени

В классе лазерных систем выделены электронные устройства под системы стабилизации частоты лазерного излучени по физическим ре перам и фазовой прив зки частот излучени нескольких лазеров друг к другу Дл повышени их точности необходимо снижение шумов их из мерительных устройств и обеспечени заданного качества регул торов

Необходима методика синтеза регул торов дл двухканального подавлени возмущающего воздействи , с разделением мод переходного процесса по модулирующим элементам Преимущество двухканального управлени состоит в возможности разделить требовани к управл ю щим устройствам модул торам по точности и по быстродействию, с учетом особенностей спектра лазерных шумов, которые резко затухают с частотой по степенному закону Модул торы частоты лазерного излуче ни не обеспечивают высокого быстродействи при больших величинах воздействи Дл сочетани положительных свойств различных модул торов их примен ют совместно, в двух каналах управлени объектом — быстром и медленном

Анализ частотных свойств объекта с ¿'-образной нелинейностью затруднителен, особенно при наличии в объекте интегрирующего звена, поэтому точный расчет регуляторов невозможен. Известны методы синтеза регуляторов при интервальном задании параметров объекта и методы идентификации элементов в составе замкнутых систем управления. Соединение этих методов позволяет после предварительного синтеза быстрого контура управления уточнять модель объекта и определять технические требования к основным элементам систем управления лазерным излучением. На основе необходимых исследований и теоретических оценок сформулированы новые требования к точности электронных устройств лазерных систем: к синхронным детекторам, генераторам, частотомерам и фазометрам.

Дальнейшее повышение точности и расширение сфер применения лазерных систем требует освоения новых областей спектрального диапазона излучения. Целесообразно применение для этого стабилизированных полупроводниковых лазеров. Это требует создания прецизионных стабилизаторов их тока и температуры и систем стабилизации частот и фаз их излучения.

Взаимная аттестация создаваемых лазерных систем, прототипов первичных эталонов частоты следующего поколения, в силу их наивысшей стабильности, осуществляется исследованием разностной частоты двух идентичных образцов. Для этого необходимы средства поверки с соответствующей точностью при заданных темпах получения отсчетов частоты. Существующие частотомеры не обеспечивают требуемого многоканального измерения частот, их погрешность за измерительные интервалы от 1с близка к 1 Гц и с уменьшением длительности измерительного интервала растет обратно пропорционально этой величине. Частотомеры с уточнением частоты характеризуются недопустимо большим «мертвым временем», когда измерение не осуществляется.

Расширение сфер применения интерферометрических измерителей скорости, перемещения и вибраций требует достижения новых точностей частотомеров и фазометров в расширенных частотных диапазонах. В частности, система бесконтактного измерения субнанометровых вибраций требует создания методов и средств измерения фазовых приращений порядка 1(Т4 рад. и менее в акустическом диапазоне частот.

Без обеспечения разделения мод по модуляторам двухканальное управление не достаточно эффективно. В известных системах частотные свойства различных регуляторов одной и той же величины разносятся более чем на порядок, либо разделение мод достигается далеко не во всем рабочем диапазоне частот.

Нами показано, что известный метод расчета регуляторов, называемый «неполным интегрированием», не обеспечивает требуемого разделения мод переходного процесса. Ранее с участием автора совместно с профессором А.А, Воеводой разработан метод разделения движений [76, 65, 261] на основе принципа локализации, сформулированного профессором A.C. Востриковым [77]. Метод разработан для известного порядка модели объекта. В диссертации показано, что влияние неучтенных в модели корней уравнения объекта требует детального рассмотрения, которое осуществлено аналитически и подтверждено модельным анализом и испытанием реализованных устройств. Однако, эффективность этого метода существенна при анализе и синтезе систем под действием управляющего воздействия. В работе выявлены отличия метода в условиях возмущающего воздействия, обоснована необходимость его развития для этого случая.

Нами осуществлено развитие метода разделения движений для указанного случая подавления возмущающего воздействия в контуре двухканального управления. Это дает методику синтеза регуляторов, позволяющую расширить полосу и снизить динамическую ошибку за счет

разделения требований к модуляторам по быстродействию и точности, что обеспечено гарантированным разделением частот за счет соответствующего двухканального регулятора.

В третьей главе содержится описание методов и средств обеспечения новых требований к основным элементам прецизионных систем управления лазерным излучением. На примере лазерных гетеродинных спектрометров сверхвысокого разрешения, систем стабилизации частоты по нелинейному реперу поглощения, систем фазовой автоподстройки частоты и интерферометрических систем нами выделены основные электронные устройства, вносящие наиболее существенный вклад в погрешности стабилизации. Это - синхронные детекторы и их элементы, управляемые генераторы, устройства стабилизации и управления режимом работы полупроводниковых лазеров, измерители частот и фазовых соотношений. Точность перечисленных электронных устройств ограничивает точность лазерных систем в целом, их поэтому снижение погрешностей чрезвычайно актуально.

В работе обоснован способ сравнения синхронных детекторов (СД), служащих датчиком ошибки в системах с обратной связью. В этих условиях основной характеристикой служит отношение приведенных ко входу дрейфов смещения к диапазону допустимого входного сигнала. Обсуждаются пути повышения точности аналоговых синхронных детекторов. Для экспериментального исследования влияния нелинейности сигнала тестовой девиации и для прецизионных применений разработан СД на основе перемножающих цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Показано, что увеличение его разрядности позволяет достичь еще большего увеличения глубины подавления кратных гармоник, однако в решаемых задачах полученные характеристики СД доведены до уровня, когда их дальнейшее улучшение не принципиально, поскольку влияние шумов оптического сигнала на точность стабилизации преобладает. Решены проблемы повышения стабильности интегратора при большом времени интегрирования.

Снижение погрешности стабилизации частот по сверхтонкой структуре нелинейных оптических резонансов требует повышения разрешающей способности гетеродинных спектрометров. Для этого необходимо повышение воспроизводимости характеристики и снижение шага управления генераторами, задающими в контуре фазовой привязки частоты биений опорную частоту. Генераторы такого класса точности, относятся к классу прецизионных устройств [198]. В работе относительная нестабильность генератора частоты понижена в 16 раз за счет сужения диапазона перестройки. Показаны преимущества цифрового синтеза частот. Отсутствие генераторов-синтезаторов с необходимыми показателями (требуется управление частотой порядка 1-5 МГц с шагом менее 0,05 Гц при жестких ограничениях на длительность и величину переходного процесса) нами восполнено разработкой соответствующих устройств.

Сформулированы и решены задачи прецизионного управления излучением полупроводниковых лазеров. Создание на основе полупроводниковых лазеров прецизионных лазерных систем требует обеспечения высокой стабильности тока накачки в условиях повышенного уровня помех, включая импульсные наводки. Показана необходимость понижения относительного дрейфа стабилизации тока. Приведены основы ма-лошумящего формирования тока накачки с защитой от бросков при коммутации тока. Разработаны стабилизаторы температуры с заданными свойствами.

В четвертой главе решаются задачи повышения точности измерения частот и фаз сигналов лазерных интерферометрических систем в заданных временных интервалах.

Исследование погрешности стабилизации частоты излучения лазеров требует измерения нестабильности разностной частоты двух идентичных лазерных систем во времени. Результат измерения используется для вычисления специальной статистической характеристики нестабильности частоты во времени — дисперсии Аллена.

Известные частотомеры не обеспечивают достаточной точности при измерении за малые длительности, а частотомеры с понижением погрешности путем уточнения длительностей характеризуются недопустимо большим значением мертвого времени.

В Заключении подводятся итоги работы. Сформулированы основные выводы по результатам исследований. Приведены сведения об апробации, о полноте опубликования в научной печати основного содержания диссертации, ее результатов, выводов. Приводятся сведения о защищенности технических решений авторскими свидетельствами, патентами. Указываются предприятия, где внедрены полученные результаты и где они еще могут быть использованы. Показано, что поставленные задачи повышения точности и расширения сфер применения лазерных систем успешно решены.

Погрешности разработанных устройств снижены до величин, пре-' небрежимо малых в сравнении с оптическими шумами лазерных систем.

В приложении помещены материалы дополнительного и справочного характера, прилагаются документы о внедрении результатов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

4. 10" {Сработаны устройства управления током полупроводниковых лазеров, с воспроизводимостью тока в пределах ± 10-4 % от диапазона.

5. Разработаны устройства стабилизации температуры полупроводниковых лазеров и иных оптических элементов с погрешностью, определяемой датчиком (±0,001°С) на интервалах усреднения 100 с и более.

6. Разработаны и реализованы методы и средства непрерывного многоканального измерения частот за интервалы г > 10~3с с понижением погрешности дискретизации длительности до Дг ^10 9 с за счет ее уточнения путем формирования интервальных импульсов, их растяжки и измерения длительности получаемых импульсов.

7. Разработаны и реализованы методы и средства детектирования в полосе звуковых частот слабых, на уровне А<р >10~5рад., фазовых девиаций высокочастотных маломощных сигналов лазерных виброметров за счет обработки аналитических сигналов, получаемых на промежуточной частоте с подавлением дрейфа нуля и амплитудных девиаций.

Научные результаты реализованы при разработке и изготовлении электронных устройств, работающих в составе действующих уникальных установок и опытных образцов.

Разработанные методики опубликованы в рецензируемых журналах и подробно рассмотрены в учебных пособиях.

Теоретические результаты используются в учебном процессе на кафедре Лазерных систем НГТУ.

Автор глубоко признателен за постановку задач, всестороннюю поддержку и помощь в работе научному консультанту академику Сергею Николаевичу Багаеву.

Автор столь же глубоко признателен заслуженному деятелю науки РФ профессору Анатолию Сергеевичу Вострикову за всестороннюю научную помощь, а также всем руководителям, коллегам, сотрудникам, с которыми довелось работать при решении тех или иных задач. Прежде всего, это — сотрудники Института Лазерной физики СО РАН: д.ф.-м.н. А.К. Дмитриев, д.ф.-м.н. М.Н. Скворцов, д.ф.-м.н. В.М. Клементьев, д.ф.-м.н. Б.Д. Борисов, к.ф.-м.н. Ю.А. Матюгин, к.ф.-м.н. В.М. Семибаламут, к.ф.-м.н. М.В. Охапкин, к.ф.-м.н. A.C. Дычков, к.ф.-м.н. П.В. Покасов, к.ф.-м.н. А.Ю. Невский, к.ф.-м.н. B.C. Пивцов, вед. инж. A.M. Гончарен-ко, главн. спец. С.А. Фарносов, м.н.с. В.А. Васильев, вед. инж. В.Д. Ги-тельсон и многие другие, это — сотрудники Института автоматики и электрометрии СО РАН: д.т.н. B.C. Соболев, д.т.н. В.П. Коронкевич, вед. инж. A.A. Столповский, к.т.н. E.H. Уткин, это — сотрудники Новосибирского государственного университета: д.т.н. A.A. Воевода, д.т.н. Е.А. Титов, д.т.н. В.В. Покасов, к.т.н. А.Л. Соловьев, методист Т.Б. Полетаева, а также сотрудники других организаций: д.ф.-м.н. Е.А. Кузнецов, д.т.н. Ю.Н. Дубнищев, Е.А. Волков, С.А. Бармасов, И.Н. Кирдянов, Д.Ю. Ивашко, A.C. Ефимов, И.В. Падюков и многие другие.

Заключение диссертация на тему "Прецизионные электронные системы управления лазерным излучением"

5.6 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5

В результате применения разработанных методик анализа и синтеза регуляторов для замкнутых динамических систем по методу разделения движений создан ряд систем автоматического управления и стабилизации, отличающихся повышенной точностью: системы стабилизации температуры полупроводникового лазера (аналоговые и цифровые), системы слежения за фокусом и за дорожкой для дискового магнитооптического, системы частотной и фазовой стабилизации частоты лазерного излучения.

На основе методики исследования а.ч.х. объектов с ¿"-образной характеристикой и с интегратором осуществлены уточнения параметров модели объектов в вышеперечисленных системах, а также аттестация созданных улучшенных систем.

На основе сформулированных требований к элементам и устройствам систем стабилизации частоты, вносящим наиболее существенный вклад в нестабильность частоты, осуществлено исследование, направленное на повышение точности синхронных детекторов, управляемых генераторов, частотомеров и фазометров.

Реализованы устройства с пониженным уровнем шумов: стабилизаторы температуры, стабилизаторы непрерывного и импульсного тока полупроводниковых лазеров, фотоприемные усилители, демодуляторы и интеграторы для синхронных детекторов, синтезаторы частот, частотомеры и фазометры.

Реализованные устройства использованы при создании уникальных лазерных метрологических систем: доплеровских измерителей скорости и длины, первого отечественного магнитооптического дискового запоминающего устройства, частотных реперов и лазерных спектрометров на основе газовых, полупроводниковых и твердотельных лазеров.

Преимущества созданных элементов объединены в новых электронных системах управления, разработанных для стабилизации Не-Ые лазера по СН4 ячейке, стабилизации полупроводниковых лазеров, стабилизированных привязкой второй гармоники и 12 ячейке и других интер-ферометрических систем высшей точности.

Параметры разработанных метрологических систем соответствуют лучшим мировым образцам на момент их разработки. Использованные технические решения обладают существенной новизной. Так, применение прецизионных схем синхронных детекторов совместно с цифровым управлением частотой посредством синтезаторов частоты с последовательной фазовой привязкой Не-Ие лазеров в гетеродинном спектрометре сверхтонкой структуры позволило регистрировать спектрограммы в координатах абсолютного значения частот взаимной отстройки лазеров. Разработанные методы измерения частоты обеспечивает возможность достоверной регистрации относительной погрешности измерения нестабильности частоты оптического диапазона менее 10~15. Шумы фотоприемного тракта, а также тракта синхронного детектора снижены до величин, пренебрежимо малых в сравнении с шумами оптической части системы. Так, собственный шум фотоприемника в рабочей полосе частот на порядок ниже шума светового сигнала, что выявлено наблюдениями на анализаторе спектра и на осциллографе. Шум синхронного детектора составляет в диапазоне температур от 28°С до 45°С не выходит за границы ±0,1 мкВ при диапазоне входных сигналов ± 10 В. При необходимости величина смещения электронной части синхронного детектора может быть дополнительно снижена, для чего предложен и реализован цифровой синхронный детектор с возможностью программной автоматической компенсации дрейфа входного смещения.

Разработаны устройства стабилизации температуры с погрешностью ±0,005° С и устройства стабилизации тока полупроводниковых лазеров с долговременной нестабильностью тока на уровне ± 1-Ю45. Это позволяет утверждать, что в новых условиях шумы частоты этих излучателей без обратной связи по частоте определяются не столько нестабильностью режима работы, сколько процессами, происходящими в самих приборах, и устройствами внешней оптической схемы.

Разработаны устройства автоматического слежения за фокусом, которые применены в первом отечественном магнитооптическом дисковом запоминающем устройстве. Устройства обеспечивают стабилизацию пятна в области фокусного расстояния линзы с динамической ошибкой на частоте 25Гц не более ± 3 мкм при биении диска порядка ± 0,3 мм. Статическая ошибка при этом равна нулю (астатическое управление). Аналогичные результаты получены при разработке устройства слежения за дорожкой. Подобные устройства могут использоваться в других оптических системах, где необходима стабилизация или управление положением оптического луча.

Разработанные устройства стабилизации частоты, стабилизации длины волны интерферометра по длине волны лазерного излучения, стабилизации температуры и дифференциальный фотоприемник применены в системе аттестации частотного репера, что обеспечить возможность прецизионной спектроскопии мюония.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Дальнейшее развитие лазерных интерферометрических методов, повышение их точности и расширение сфер применения потребовало разработки новых электронных устройств для систем управления лазерным излучением и повышения точности методов обработки сигналов этих систем.

В диссертационной работе решены поставленные задачи, связанные с разработкой основ создания прецизионных электронных устройств, обеспечивающих прецизионные свойства лазерным системам в целом:

1. Разработаны методики анализа и синтеза регуляторов на основе метода разделения движений применительно к специфическим задачам подавления возмущающих воздействий в системах термостабилизации, стабилизации частоты и фазы; обоснованна корректность метода с позиции неучтенных в модели объекта корней высшего порядка.

2. Решен круг задач связанных с управлением излучением полупроводниковых лазеров для когерентно-оптических измерителей, для прецизионных лазерных спектрометров и для эталонов частоты.

3. Решен круг задач, связанных с повышением точности тракта синхронного детектирования при настройке на экстремум резонансов реперов поглощения и иных частотных реперов для стабилизации частоты лазерного излучения.

4. Решены задачи повышения точности многоканального измерения частот, включая малые измерительные интервалы (до 0, 001 с).

5. Решены задачи повышения точности измерения сверхмалых приращений разности фаз высокочастотных сигналов лазерных виброметров в акустической полосе частот.

Появление нового класса лазерных излучателей - полупроводниковых (диодных) лазеров — потребовало разработки устройств для обеспечения ими требуемых параметров излучения. Для разработки первых устройств, не требующих высокой степени когерентности, таких, как доплеровские измерители скорости и магнитооптические запоминающие устройства, достаточно осуществить пассивную стабилизацию оптических параметров, которая состоит в стабилизации режима работы: температуры и тока накачки полупроводникового лазера. Это осуществлено средствами аналоговой техники в пионерных работах с участием автора в этом направлении [105, 65].

Применение полупроводниковых лазеров в качестве частотных реперов потребовало повышения точности стабилизации тока и температуры для достижения предварительной высокой воспроизводимости параметров излучения, а также активной стабилизации частоты, состоящей в управлении частотой и фазой излучения в контуре обратной связи. Это осуществлено в работе средствами прецизионной аналоговой и цифровой техники [72,108, 116, 120].

Первые разработки в этой области были необходимы, чтобы восполнить дефицит этих устройств, которыми не обладали даже разработчики полупроводниковых лазеров [103]. Разработанные стабилизаторы тока могут быть использованы также в других областях, где требуется стабильность постоянного тока на уровне 5-6 знака. Рассмотренные в диссертации разработки последних лет выгодно отличаются меньшей нестабильностью и меньшими шумами тока, чем современные им серийные изделия. В рассмотренных изделиях была впервые обеспечена стабилизация тока с нестабильностью на уровне 3,3-10"5% от диапазона. Предшествующие авторские разработки в этой области также отличались лучшими параметрами на момент их выполнения. В силу большой потребности в этих изделиях, в мире наблюдается бурное развитие этого направления.

Разработанные стабилизаторы температуры применены для стабилизации полупроводниковых лазеров, кристаллов оптических схем лазерных систем, отростка йодной ячейки, служащей частотным репером. Цифровой стабилизатор температуры был разработан для стабилизации температуры магниевой атомной пушки. Эти устройства могут быть применены для стабилизации температуры произвольных объектов при условии обеспечения требуемой мощности охлаждающего (нагревающего) элемента. Статическая точность устройств термостабилизации определяется, в основном, датчиками температуры, поэтому в этом направлении развитие серийных датчиков в сторону повышения точности при снижении габаритов будет определять темпы достижения рекордных параметров. Динамическая точность может быть повышена применением метода разделения движений. Теоретические результаты по развитию метода разделения движений заслушивались и получили положительную оценку на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-92, (Новосибирск, 1992г.); IV Сибирском конгрессе по индустриальной и прикладной математике «ИНПРИМ-2000» (г. Новосибирск, 2000 г.); Международной конференции «Автоматика, Управление и информационные технологии» - АС1Т'2002 (Новосибирск, 2002 г.), Международном симпозиуме «Лазерная метрология» -ЬМ'2002 (Новосибирск, 2002 г.).

Модифицированный метод разделения движений применен для анализа и синтеза регуляторов в системах частотной, фазовой автоподстройки, стабилизации температуры, слежения за фокусом и дорожкой в магнитооптических лазерных запоминающих устройствах. Методика может быть применена для решения подобных задач в системах автоматического управления для подавления возмущающего воздействия при одноканальном или многоканальном управляющем устройстве. Метод позволяет разделить разнотемповые моды переходного процесса по соответствующим модуляторам. Решены вопросы корректности метода и его экспериментальной апробации [66]. Использование этого метода позволило разработать и создать первый отечественный образец лазерного магнитооптического дискового запоминающего устройства на основе эффекта Керра [183]. Созданы адаптивные системы управления полупроводниковым лазером для этого устройства [75], а также системы для прецизионного быстродействующего позиционирования пучка света, необходимого для записи, считывания и стирания информации на поверхность диска [66]. Полученные результаты были на уровне лучших мировых параметров, что подтверждается апробацией на IV Международной научно-технической конференции по дисковым запоминающим устройствам «ДЗУ-90» (Костенец, Болгария, 1990 г.) и на Международном семинаре «Оптические информационные технологии» (Новосибирск, 1989 г.).

Новые устройства стабилизации частоты и фазовой автоподстройки характеризуются повышенной точностью. Эти изделия к настоящему времени остаются уникальными, разрабатываемыми индивидуально для каждой лазерной системы. Устройства стабилизации частоты лазера по физическому эталону могут быть применены для стабилизации длины интерферометра по длине волны лазерного излучения и также характеризуются повышенными показателями точности. Применение метода разделения движений и другие особенности систем стабилизации частоты и фазы выгодно отличают описанные разработки от других известных устройств. Разработан ряд новых систем стабилизации длины волны полупроводниковых и газовых лазеров [20,31, 71]. Разработаны системы фазовой привязки частоты различных лазеров [30, 32]. Результаты в этой области заслушивались и получили положительную оценку на Междун родной конференции "Современные проблемы лзерной физики MPLP-95" (Новосибирск, 1995г.); Российской н учно-техническ я конференции «Информ тик и проблемы телекоммуник ции» (Новосибирск, 1996), Междун родной конференции "Современные проблемы лзерной физики MPLP-97" (Новосибирск, 1997г.); Междун родной конференции по кв нтовой оптике «ICONO '98: Quantum Optics, Interference Phenomena in Atomic Systems, and High-Precision Measurements» (Мое кв, 1998).

P звитие техники и устройств обр ботки сигн лов л зерных интерферометров требуется для доплеровских измерителей скорости и длины [104, 105], виброметров, интерферометров перемещений [58]. Первые доплеровские ч стотомеры были необходимы для снижения погрешности измерения ч стоты прерывистого з шумленного сигн л с мплитудной модуляцией до знчений 0,1% и менее [112 - 114, 117, 268]. Результ ты в этой обл сти з слушив лись и получили положительную оценку н всесоюзном семин ре «Л зеры в измерительной технике» (Москв, 1988 г.), междун родной конференции «Гидродин мические измерения и их применения» (Пекин, 1989 г.).

В современных ч стотомер х решены з д чи снижения погрешности дискретиз ции, устр нения мертвого времени, обеспечение многок -н льности и р сширение ди п зон допустимых длительностей измерительных интерв лов от миним льного т = 103 с до м ксим льного зн чения т = 106с [38]. Это достигнуто прогр ммно- пп р тными средств ми, х р ктеризующимися существенной новизной, подтвержденной положительными решениями н выд чу п тентов [130, 131].

3 д чи обр ботки сигн лов л зерных эт лонов ч стоты и высокочувствительных виброметров потребов ли новых средств прецизионного измерения р зности ф з в широкой полосе ч стот [91]. Применение понятия аналитического сигнала, и его сигнальной модели, полученной при гетеродинном переносе частоты принятого сигнала, позволили повысить точность вычисления фазы с глубоким подавлением мультипликативных и аддитивных шумов.

Новые результаты получены, в частности, в прецизионной спектроскопии йода. С целью создания стандарта частоты вблизи длины волны 732нм, необходимого для высокоточной спектроскопии в рамках международной программы исследований спектров мюония [20], разработана система для исследования частотного репера в этой области на основе йодной ячейки.

Таким образом, в результате выполненных исследований разработаны новые элементы и устройства прецизионных систем управления лазерным излучением, отличающиеся повышенной точностью. В модульном исполнении эти элементы сочетают гибкость с законченностью. Они применены для стабилизации различных метрологических лазеров (полупроводниковых, твердотельных и газовых) и обработки сигналов лазерных интерферометрических систем.

Разработки отличаются повышенной точностью на 1-2 порядка и рядом дополнительных преимуществ, даваемых возможностью цифровой обработки. Изделия доведены до состояния опытно-конструкторских разработок, применяемых в лазерных системах. Описанные результаты внедрены в установках, созданных в соответствии с планами НИР и ОКР ИЛФ СО РАН.

Основное содержание диссертации опубликовано в 54 печатных работах, основные из которых - 3 авторских свидетельства, 2 заявки на патенты РФ с полученными положительными решениями и 29 статей в профильных рецензируемых журналах («Автометрия», «Приборы и техника эксперимента», «Квантовая электроника», «Научный вестник НГТУ», «Сталь»). Эти работы полностью отражают содержание диссертации. Детальное описание разработанных методик дано в препринтах и учебных пособиях. Связь с программами фундаментальных физических исследований отражена в публикациях сборников отчетах по программе «Фундаментальная метрология», в которой автор являлся основным исполнителем теме N68 «Спектрометр» [111, 122, 123].

В работах, опубликованных в соавторстве, вклад всех авторов равноценен. В теоретических работах по методу разделения движений автором дана постановка задачи о корректности метода, разработана методика обоснования корректности, осуществлено развитие метода разделения движений, разработана методика практической реализации регуляторов, разработаны, изготовлены и введены в эксплуатацию электронные системы стабилизации, разработаны и применены методики уточнения параметров динамической модели объектов.

В прикладных работах, опубликованных в соавторстве, автором разработаны технические задания на электронные системы и отдельные их элементы и устройства, выполнены разработки, изготовление и ввод в эксплуатацию электронных элементов и устройств.

В авторских свидетельствах и заявках на патенты вклад всех авторов равноценен.

Результаты диссертационного исследования нашли отражение в учебных дисциплинах, прочитанных автором в Новосибирском государственном университете (курс "Электронные системы управления лазерным излучением"). По этому курсу опубликовано пособие в 4 частях (общим объемом 14, 9 печатных листов).

Выполненные исследования проводились в рамках плановых НИР по приоритетным направлениям СО РАН и по договорам на проведение научно-исследовательских работ, в том числе - международным. Разработанные системы управления режимами полупроводникового лазера и системы стабилизации частоты используются в ряде экспериментальных установок в Институте лазерной физики СО РАН, в установке Института Макса Планка (ФРГ)

Система для цифровой аттестации полупроводниковых лазеров используются в Научно-производственном комплексе полупроводниковой квантовой электроники (НПК ПКЭ при Производственном объединении «Север» (г. Новосибирск). Система прецизионного управление температурным и токовым режимом полупроводникового лазера использована при проведении разработок мощных диодных лазеров и интегральных линеек для изучения влияния температуры на ваттамперные характеристики, длину волны излучения и другие параметры диодных лазеров, оценки качества напайки кристаллов на теплоотвод, а также аттестации экспериментальных образцов перед их отправкой заинтересованным организациям.

Выполненные работы позволили коллективу Института лазерной физики выполнить ряд инициативных программ, поддержанных Российским Фондом Фундаментальных исследований [16].

Библиография Жмудь, Вадим Аркадьевич, диссертация по теме Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

1. ГОСТ 24453-80 Измерение параметров и характеристик лазерного излучения. Введ. 01.01.1982.-М.: Изд. Стандартов, 1981.-38 с.

2. ГОСТ 8.441 81. Меры частоты и времени высокой точности.- Введ. 01.01.83.- М.: Изд - во стандартов, 1981.

3. Аленцев Б.М., Вапршавский М.Я., Вещеников А.А., и др. Измерение спектрально-частотных и корреляционных параметров и характеристик лазерного излучения. Под ред. Котюка А.Ф. и Степанова Б.М.- М.: Радио и связь, 1982, 272 с.

4. Алферов Ж.И., Гореленок А.Т., Колышкин В.И., и др. Гетеролазе-ры непрерывного действия в системе InGaAsP // Известия АН СССР; Серия физическая. 1979- Т. 43, № 7- С. 1448-1450.

5. Алферов Ж.И., Гарбузов Д.З., Кижаев А.Б., и др. Низкопороговые InGaAsP/InP лазеры раздельного ограничения с X— 1.3 и 1.55 мкм (600-700 А/см2) // Письма ЖТФ. 1986. - Т. 12, в.4 - С. 210-214.

6. Алферов Ж.И., Гореленок А.Т., Колышкин В.Н., и др. Инжекцион-ные гетеролазеры в системе InGaAsP с длиной волны излучения 1.31.5 мкм // Письма ЖТФ.- 1978.- Т. 4, в. 22- С. 1329-1333.

7. Ахманов С.А., Коротеев Н.И. Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света: Активная спектроскопия рассеяния света.

8. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981.-544 с.

9. Аллен Д.У. Статистические характеристики атомных стандартов частоты. // Стабильность частоты: тематический выпуск ТИИЭИР, 1966,т.54, №2.-С. 132 142.

10. Аллен Д., Уоллс Ф., Измерение стабильности частоты // ТИИЭР.-1986.-Т. 74.-№ 1.-С. 182.

11. Ан В.И., Колесников Ю.Ю. Формирователь импульсов накачки для мощных полупроводниковых лазеров. // Приборы и техника эксперимента, 1994, N6, с. 104 105.

12. И. Андриевский Г.Г., Миндра П.В., Найденко А.И., Пенчо A.B. Устройство управления мощностью полупроводникового лазера. // Приборы и техника эксперимента, 1989, N1, с.190-191.

13. Андронов И.С., Снитко Б.Н. Об измерении частоты по переходам напряжения через нулевой уровень // Радиотехника.- 1974.- № 6.- С. 76.

14. Андрюшин В.И., Фаустов Р.Н., Шелест В.П. Фундаментальные физические константы и физики микромира. // Квантовая метрология и фундаментальные константы. Сборник статей. М., Мир, 1981. с.З — 16.

15. Артамонов В.Ф., Белоусов П.Я., Дубнищев Ю.Н., Жмудь В.А. и др. Лазерный измеритель скорости горячего проката. // Сталь, 1986, N8, с.65-68.

16. Багаев С.Н., Бакланов Е.В., Дычков A.C. и др. Абсолютные измерения частоты перехода 7-6 сверхтонкой структуры F(22) Р(7) v3- линии поглощения метана с помощью холодных частиц. // Оптика и спектроскопия.-1990.- Т.68.- Вып.66.-С.1281- 1284.

17. Багаев С.Н. Исследования в области лазерной физики // "Вестник РФФИ" N 2, июнь 2002 года 15.06.2002

18. Багаев С.Н., Борисов Б.Д., Гольдорт В.Г. и др. Оптический стандарт времени. //Автометрия.- 1983.- 1983.- №3.- С. 37.

19. Багаев С.Н., Баранец В.В., Борисов Б.Д. и др. Автоматизированный лазерный доплеровский измеритель сверхмалых скоростей (ЛДИСС) // Изв. Сиб. Отделения АН СССР, сер. Технических наук.-1990.- Вып 4.- С. 20-23.

20. Багаев С.Н., Гончаренко A.M., Захарьяш В.Ф. и др. Экспериментальное исследование влияния оптического волокна с перетяжкой на стабильность межмодовой частоты высокостабильных фемтосекунд-ных импульсов // Квантовая электроника, 2002,т.32, N7, с.639 640.

21. Багаев С.Н., Белкин A.M., Дычков A.C. Жмудь В.А. и др. Частотный репер в области Х=732 нм для прецизионной лазерной спектроскопии мюония. Квантовая электроника, том 30, №7(337), 2000, с.641-646.

22. Багаев С.Н., Дычков A.C., Чеботаев В.П. Исследование формы нелинейных резонансов при низких давлениях // Письма в ЖЭТ.-1979.- Т. 29.- Вып. 9.- С. 570-573.

23. Багаев С.Н., Захарьяш В. Ф., Клементьев В. М. и др. Синхронизация частоты излучения диодных лазеров с частотой мод высокостабильного фемтосекундного титан-сапфирового лазера. // Квантовая электроника, 2001.-Т. 31.- № 5.- С. 383-386.

24. Багаев С. Н. и др. Не-Ые-лазер на Я =3.39 мкм с шириной линии излучения 7 Гц. // Квантовая электроника, 1977.-Т. 4.- с.1163.

25. Багаев С.Н., Буташин A.B., Каминский A.A., и др. Непрерывная трехмикронная генерация на новом лазерном кристалле BaLu2F8:Er3+ с полупроводниковой лазерной накачкой. // Квантовая электроника, 1998, т.25, N2, с.99-100.

26. Багаев С.Н., Чеботаев В.П. Лазерные стандарты частоты. // Оптические стандарты частоты и времени. Новосибирск, изд-во Института теплофизики, 1985 г.

27. Багаев С.Н., Чеботаев В.П. Лазерные стандарты частоты // Успехи физических наук.- 1986. Т. 148.- Вып. 1.- С. 144-178.

28. Багдади Е., Линкольн Р., Нелин Б. Кратковременная стабильность частоты: определения, теория и измерения // ТИИЭР.- 1965.-Т 53.- № 7.- С. 811-831.

29. Базаров Б.Н., Герасимов Г.А., Губин В.П. и др. Паразитная амплитудная модуляция в стабилизированных С02- лазерах // Квантовая электроника.- 1981.-№ 7.- С. 1521.

30. Баркан И.Б., Павленко Л.К., Павлов В.Е. Особенности спектральной перестройки полупроводникового лазера ИЛПН-102. // Перестраиваемые лазеры и их применение. Сб. научн. Трудов АН СССР. Новосибирск, 1988, под ред. В.П. Чеботаева. С. 73 87.

31. Бармасов C.B., Жмудь В.А., Воевода A.A. Фазовая стабилизация частоты биений двух идентичных лазеров для спектрометрии. // Автометрия, 1999, №2, с.78 83.

32. Бармасов C.B., Жмудь В.А., Гительсон В.Д. Электронная система стабилизации частоты He-Ne лазера по линиям поглощения метана // Приборы и техника эксперимента, 1999 г. №4, с. 127 133.

33. Бармасов C.B., Жмудь В.А. Аппаратура для фазовой автоподстройки разностной частоты двух лазеров. Приборы и техника эксперимента, 2000, N2, с. 104-106.

34. Беришев И.Э., Бородицкий М.Л., Горбачев А.Ю., и др. Одномодо-вые InGaAsP PO ДГС лазеры с тонким волноводом (Х,= 0.8 и 1.3 мкм) // Письма ЖТФ.- 1994.-Т. 20, в. 7- С. 41-46.

35. Берштейн И.Л. Флуктуации частоты генератора при применении схем автоматической стабилизации частоты // Изв. Вузов. Радиофи-зика.-1964.- T. VII.- № 2.- С. 328-337.

36. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972.

37. Бессмельцев В.П., Воробьев В.В., Ханов В.А. Стабилизация разностной частоты двухчастотного лазера // Автометрия, 1975, N5, с.94.

38. Бойко Д.Л., Голяев Ю.Д., Дмитриев В.Г., Кравцов Н.В. Стабилизация автомодуляционных колебания кольцевого чип-лазера с помощью фазовой автоподстройки частоты // Квантовая электроника, 1988, N.25, с.366.

39. Борисов Б.Д., Васильев В.А., Гончаренко A.M., Жмудь В.А. Методика оценки стабильности стандартов частоты.// Автометрия, 2002, том 38, №3, с.104 112.

40. Борисов Б.Д. Измерение спектральных характеристик для стабильных лазеров: Автореф. дис. . д-ра техн. наук: 01.04.21/ Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН. Новосибирск, 2001. — 25с.

41. Борисов Б.Д., Мишнев A.C. О точности измерения двухвыборочной дисперсии Аллена при оценке нестабильности частоты // Автометрия, 2000, №3. С.122-125.

42. Борисов Б.Д., Мишнев A.C. Устройство для измерения нестабильности частоты. Патент РФ N 2003985 G01R23/00. // ж. Изобретения.-1993.-№ 43-44. С. 130.

43. Борисов Б.Д. Измерение долговременной стабильности квантовых стандартов частоты на основе фильтрации Калмана // Квантовая электроника.-1984.-Т. 11.- №6.- С. 1291.

44. Борисов Б.Д., Гусев А.Ю. Автоматизированные измерения статистических характеристик стандартов частоты. Тез. докл. Всес. симп. "Повышения точности квантовых стандартов частоты".- М.: 1980.- С. 84.

45. Борисов Б.Д. Оптимальный метод оценки систематического изменения частоты сигналов // Измерительная техника.- 1987.- № 6.- С. 22.

46. Борисов Б.Д., Гусев А.Ю., Собстель Г.М. Автоматизация исследований в лазерной спектроскопии: Препринт 33-79 / Институт теплофизики СО АН СССР.- Новосибирск, 1979.

47. Борисов Б.Д., Грибанов И.В. О регистрации формы спектральных линий во времени //Журнал прикладной спектроскопии, 1990.- Т. 53.-Вып. 1.- с.90.

48. Борисов Б.Д., Грибанов И.В. Способ и устройство для регистрации спектральных линий: Авторское свидетельство. № 1562718 // Бюллетень открытий и изобретений.- 1990.-№ 17.

49. Борисов Б.Д., Гусев А.Ю., Зензин A.C. Регистрация формы линий в лазерных спектрометрах: Препринт № 128 / ИТ СО РАН.- Новосибирск, 1985.

50. Борисов Б.Д., Мишнев A.C. О точности измерения двухвыборочной дисперсии Аллана при оценке нестабильности частоты // Автометрия.- 2000.- №3.- С.122-125.

51. Бородицкий М.А., Дулькин А.Е., Кочнев И.В., и др. Мощные одно-модовые лазеры (к = 0.98 мкм), полученные методом МОС-гидридной эпитаксии // Письма ЖТФ. 1994. - Т. 20, в.6 - С.62-66.

52. Буга H.H. и др. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов. Под ред. Н.И. Чистякова М.: Радио и связь, 1986, с. 159-160

53. Бударин А.Г. Кажущееся аномальное поведение спектра мощности 1/f шума и его объяснение // Письма в ЖЭТФ. — 2001.- Т. 73.- Вып. 12.- С. 763-766.

54. Вакман Д. Е., Вайнштейн Л. А. Амплитуда, фаза, частота — основные понятия теории колебаний // УФН.- 1977.- Т. 123.- № 4.- С. 657.

55. Вакман Д.Е. Измерение частоты аналитического сигнала // Радиотехника и электроника.- 1979.- Т. 24.- № 5.- С.982-989.

56. Валитов P.A., Сретенский В.Н. Радиотехнические измерения.- М.: Сов.радио, 1970.

57. Васильев В.А., Жмудь В.А. Система термостабилизации диодного лазера // Приборы и техника эксперимента, 2000г. №4, с. 158 159.

58. Васильев В.А., Жмудь В.А., Ильянович Ю.Н. и др. Детектирование приращения текущей фазы в лазерном измерителе малых вибраций на больших базовых расстояниях. // Приборы и техника эксперимента, 2002, №3, с.98-100.

59. Вергунов В.Б., Вольков М.И., Тюриков Д.А. Электронная система для стабилизации разностной частоты двух лазеров. // Приборы и техника эксперимента. 1978, N3, с.197-198.

60. Вишератин К.Н., Третьяков Н.Д. Малошумящий измерительный усилитель с синхронным детектором для фотоприемника. // Приборы и техника эксперимента. 1989, N 4, с. 142-143.

61. Власов А.Н., Теселкин В.В. Анализ влияния флуктуаций репера и длины резонатора на нестабильность частоты газового лазера и требования к сигналам автоподстройки // Квантовая электроника.- 1976.-№6.- С. 1299-1305.

62. Власов А.Н. Долговременная нестабильность и воспроизводимость частоты газового лазера и требования к системам автоподстройки // Квантовая электроника. 1978.-Т. 5.- № 7.- С. 1518.

63. Воевода A.A., Востриков A.C., Жмудь В.А. Управление линейными нестационарными динамическими объектами по методу локализации Препринт № 407, ИАиЭ СО АН СССР, Новосибирск, 1988. 24с.

64. Воевода A.A. Синтез многоканальных регуляторов методом разделения движений: Автореф. дис. . д-ра техн. наук: 05.13.01/ Новосибирский государственный технический университет. — Новосибирск, 1994.-33с.

65. Воевода A.A., Жмудь В.А. Оптимизация динамики контура термостабилизации полупроводникового лазера. Развитие метода локализации. Автометрия, 1990, N1, с.43 50.

66. Воевода A.A., Жмудь В.А. Синтез системы автофокусировки для магнитооптической памяти методом разделения движений, корректность метода Автометрия, 1992, № 2, с.59-66.

67. Воевода A.A., Жмудь В.А., Ивашко Д.Ю и др. Автоматизированный стенд для снятия ватт амперных характеристик полупроводникового лазера при различных температурах. // ч.1. Сб. научн. трудов НГТУ, 1997 №3 (8), с.91 - 96; ч.2. - №4 (9), с. 41 - 46.

68. Воевода A.A., Жмудь В.А. Системы фазовой автоподстройки частоты для лазерных спектрометров // Сб. научн. трудов НГТУ, 1998 №1 (10), с. 15-24.

69. Воевода A.A., Жмудь В.А., Столповский A.A. и др. Инжекционные полупроводниковые лазеры: пятнадцатилетний опыт применения в когерентно-оптических измерительных системах // Сб. научн. трудов НГТУ ч.1 - 1998 № 2 (11), С.90-100; ч.2 - №3 (12), с.74-82.

70. Воевода A.A., Жмудь В.А., Падюков И.В. и др. Прецизионное управление лазерным спектрометром с помощью синтезаторов частоты, персональной ЭВМ и цифро-аналогового интерфейса // Сб. научн. трудов НГТУ, 1998 №4 (13), с.145-152.

71. Воевода A.A., Жмудь В.А., Бармасов С.В. Прецизионная система автоподстройки частоты He-Ne лазера по резонансу поглощения метана // Сб. научн. трудов НГТУ 1998, Новосибирск, №4(11), с. 145

72. Воевода A.A., Жмудь В.А., Соловьев А.Л. Цифровая система термостабилизации полупроводникового лазера: математическая модель и условия получения оптимального переходного процесса // Автометрия. 2000, №3, с. 109-121.

73. Волков В.Г., Дуб А.Д., Жмудь A.M. и др. Полупроводниковый ин-жекционный лазерный излучатель для магнитооптических накопителей. // Автометрия. 1994. №5. С.70 75.

74. Волков Е.Г., Жмудь В.А., Столповский A.A., Кононенко Ю.П. Практические схемы широкополосных фотоприемников // Приборы и техника эксперимента, 1990, №1, с. 174-176.

75. Волков Е.Г., Жмудь В.А., Кругляк З.Б. Программно-управляемый полупроводниковый лазер для магнитооптической памяти // Автометрия, 1992, N1, с.45 54.

76. Востриков A.C., Воевода A.A., Жмудь В.А. Управление линейными динамическими объектами по методу разделения движений. Препринт N467, Новосибирск, Инст. автоматики и электрометрии СО АН СССР, 1991 г.-40 с.

77. Востриков A.C. Синтез нелинейных систем методом локализации. Новосибирск. Издательство НГУ, 1990.

78. Гавриленко В.И. Рубан М.А. Синхронный детектор низкочастотных сигналов. // Приборы и техника эксперимента. 1979., N 2, с. 171-173.

79. Головков В.А., Никитин В.Н., Сухомлин К.Б. и др. Смещение и дисперсия оценки частоты гармонического сигнала по числу пересечений нулевого уровня // Радиотехника.- 1985.- № 2.- С. 66.

80. Гольдорт В.Г., , Захарьяш В.Ф., Курневич Б.А. Широкополосный блок частотной привязки лазеров. // Приборы и техника эксперимента, 1978, N1, с.201-203.

81. Гольдорт В.Г., Ом А.Э. Электронный блок системы стабилизации частоты лазеров. // Приборы и техника эксперимента. 1980, N3, с. 190193.

82. Гольдорт В.Г., Гончаров А.Н., Ом А.Э., Скворцов М.Н. Система стабилизации частоты внешнего лазера по склону полосы пропускания внешнего интерферометра // Приборы и техника эксперимента, 1989, N1, с.187-190.

83. Гольдорт В.Г. и др. Создание оптической шкалы времени // Письма ЖТФ, 1982.- Т. 8.- Вып. 3.- С. 1057 1060.

84. Гольдорт В.Г., Ищенко В.Н., Кочубей С.А. Ультрафиолетовый азотный лазер с продольным разрядом // Приборы и техника эксперимента, 1998, N1, с. 140- 144.

85. Гольдштейн С.Ш., Мукимов К.М., Сигал Г.П. и др. Низкочастотный фазометр // Приборы и техника эксперимента, 1922, №6, с. 133 -117.

86. Голикова Е.Г., Горбылев В.А., Давидюк Н.Ю., и др. Мощные InGaAsP-гетеролазеры раздельного ограничения, полученные методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений // Письма ЖТФ.- 2000. Т. 26, в.6- С. 5-11.

87. Голикова Е.Г., Курешов В.А., Лешко А.Ю., и др. Мощные InGaAsP/InP лазеры, излучающие на длине волны 1.8 мкм // Письма в ЖТФ. 2002. - Т.28, в.З - С.66-77.

88. Гореленок А.Т., Колышкин В.И., Тарасов И.С. Полосковые лазеры на основе ДГС в системе InGaAsP/InP, полученные имплантацией ионов кислорода//ЖТФ.-1983.-Т. 53, в. 10-С. 1973-1978.

89. Гореленок А.Т., Груздов В.Г., Декальчук A.A., и др. Мезаполоско-вые InGaAsP/InP Х= 1.5 мкм лазеры непрерывного действия // ЖТФ. — 1985. Т.55, № 9 - С.1872-1876.

90. Гончаренко A.M., Васильев В.А., Жмудь В.А. Метод повышения чувствительности лазерных виброметров // Автометрия, 2003 (39), N2, с.43-47.

91. Гордонов А.Н., Резвая И.В. Астатическая система ИФАПЧ, оптимизированная по длительности подстройки // Радиотехника, 1992, N4, с.48-52.

92. Грехов И.В., Козлов А.К., Короткое С.В., и др. Универсальный источник тока для питания ламп накачки твердотельных лазеров // Приборы и техника эксперимента, 1996, N3, с.111 114.

93. Григорьянц В.В., Жаботинский М.Б., Золин В.Ф. Квантовые стандарты частоты.- М.: Наука, 1968.

94. Грушев И.Б., Павленко A.B. Многофункциональный стабилизированный блок питания непрерывного полупроводникового лазера // Приборы и техника эксперимента, 1988, N4, с.213 214.

95. Губин М.А., Проценко Е.Д. Лазерные стандарты частоты на основе насыщенной дисперсии метана // Квантовая электроника, 24 (12), 1080- 1094(1997).

96. Гуделев В.Г., Ясницкий В.М. Простая система стабилизации частоты газового лазера // Приборы и техника эксперимента, 1980, N1, с.215-217.

97. Гусев А.Ю. К оценке стабильности частоты ОКГ // Автометрия.-198l.-Xo6.-C. 102.

98. Дженнигс Д., Эвенсон К., Найт Д. Измерение частот в оптическом диапазоне // ТИИЭР.-1986.- Т. 74.- № 1.

99. Домнин Ю.С., Кошеляевский М.Б., Татаренков В.М. и др. Абсолютные измерения частот лазеров ИК диапазона. // Письма в ЖЭТФ, 1979.- Т. 30.- Вып.5.- С. 273.

100. Домнин Ю.С., Кошеляевский М.Б., Татаренков В.М. и др. Измерение частот He-Ne/CH4- лазера. // Письма в ЖЭТФ, Т. 34.- С. 175.

101. Дмитриев A.A., Маслов B.C. Синхронный измерительный преобразователь переменного напряжения // Приборы и техника эксперимента. 1979., N2, с.174-175.

102. Дуб А.Д., Жмудь A.M., Матыко Ю.В. и др. Миниатюрные лазерные излучатели ИЛПН. // Радио, 1986, N11, с.57-58.

103. Дубнищев Ю.Н., Жмудь В.А., Павлов В.А., Столповский A.A. Устройство для измерения скорости A.c. №1139261, 1982, МКИ G 01 P3/36 - опубл.: ОИПОТЗ, 1987, N12, с.281.

104. Дубнищев Ю.Н., Жмудь В.А. Павлов В.А., Столповский A.A. Применение полупроводникового лазера в когерентно-оптическом измерителе скорости Автометрия, 1984, №1,с. 110 111.

105. Елисеев П.Г., Микаэлян Г.Т. Оптическая прочность зеркальных граней в полупроводниковом лазере на основе InGaAs/GaAs/GaAlAs в импульсном режиме // Квантовая электроника, 22, N9(1995), с.895-896.

106. Ефимов A.C., Жмудь В.А. Синтезатор частоты со сверхмалым шагом для систем частотной и фазовой автоподстройки. Автометрия, 1996, N2, с. 21-25.

107. Ефимов A.C., Жмудь В.А., Падюков И.В. Прецизионный источник тока для полупроводникового лазера // Автометрия, 1997, №3 с. 111115.

108. Ефимов A.C., Жмудь В.А. Цифровой синхронный детектор с генератором медленного сигнала // Приборы и техника эксперимента, 1999, N2.

109. Ефимов A.C., Жмудь В.А., Ивашко Д.Ю. и др. Прецизионное управление полупроводниковыми лазерами // Приборы и техника эксперимента, 2000г. №3, с. 127 133.

110. Жмудь В.А., Плотникова Г.А., Соболев B.C., Столповский A.A. Следящий фильтр демодулятор доплеровского сигнала A.c. №1186058, 1985, МКИ Н 03 L 7/00. - опубл.: ОИПОТЗ, 1985, N38, с.263.

111. Жмудь В.А., Соболев B.C., Столповский A.A. Устройство для обработки доплеровского сигнала A.c. №1091087, 1982, МКИ G 01 R23/02. опубл.: ОИПОТЗ, 1984, N17, с.158.

112. Жмудь В.А. Следящий процессор для обработки сигналов ЛДИС в режиме обратного рассеяния. Автометрия, 1986, N6, с.28 33.

113. Жмудь В.А., Столповский A.A., Кононенко Ю.П. Об одном способе расширения полосы высокочастотного фотоприемника // Автометрия, 1988, №1, с.107 108.

114. Жмудь В.А. Столповский A.A. Устройство стабилизации режима работы полупроводникового лазера // Автометрия, 1988, №2, с. 104 -106.

115. Жмудь В.А. Уткин Е.Н Универсальный доплеровский частотомер // Приборы и техника эксперимента, №4, 1989, с. 100-102.

116. Жмудь В.А. Цифроаналоговый интегратор для систем электронной обработки сигналов // Приборы и техника эксперимента, №4, 1989, с.97-99.

117. Жмудь В.А., Кирдянов И.Н. Высоковольтный операционный усилитель для пьезокерамического модулятора длины газовых и твердотельных лазеров // Приборы и техника эксперимента, 1997, №6, с.1 -2.

118. Жмудь В.А., Падюков И.В. Прецизионная микропроцессорная система стабилизации температуры // Автометрия, 1997, №5, с. 115120.

119. Жмудь В.А. Электронные системы управления лазерным излучением: Учебное пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 4.1 — 1998. - 63с.; 4.2 - 1999. - 55 с; Ч.З - 2000. - 50 с, Ч 4 - 2003. - 64с.

120. Жмудь В.А. Электронная система управления спектрометром сверхточного разрешения и возимым стандартом частоты на его основе // Гос. научно-техническая программа «Фундаментальная метрология» -Сб. отчетов за 1998 г. Новосибирск, 1999, с. 147-148.

121. Жмудь В.А. Автоматизированные системы управления полупроводниковыми лазерами для прецизионной спектроскопии // Гос. научно-техническая программа «Фундаментальная метрология» Сб. отчетов за 1997 г. Новосибирск, 1998, с. 173-177.

122. Жмудь В.А. Широкополосная высокочувствительная фазометрия для лазерных виброметров // Сб. научн. трудов НГТУ 2002, Новосибирск, №1(27), с.97- 102.

123. Жмудь В.А., Соколов А.Г. Источник импульсного тока для инжек-ционных полупроводниковых лазеров // Приборы и техника эксперимента, 2000, N2, с. 155-156.

124. Жмудь В.А. Метод разделения движений для подавления возмущений в лазерных системах.// Автометрия, 2002, N5, с.119-126.

125. Жмудь В.А. Частотные измерения в прецизионных лазерных системах // Научный вестник НГТУ. 2002. - № 2, с. 147-156.

126. Зарецкий М.М., Мовшович М.Е. Синтезаторы частот с кольцом фазовой автоподстройки. Л.: Энергия, 1974.

127. Захарьяш В.Ф., Клементьев В.М., Малинин С.А., и др. Малогабаритный волноводный субмиллиметровый лазер с оптической накачкой. // Приборы и техника эксперимента, 1996, N1, с. 130 — 131.

128. Заявка РФ №2001123305 на изобретение от 20.08.01. «Преобразователь масштаба времени» В.А. Васильев, В.А. Жмудь, A.M. Гонча-ренко (положительное решение экспертизы от 30.01.03.)

129. Заявка РФ №2001119487 на изобретение от 13.07.01. «Цифровой частотомер» В.А. Васильев, В.А. Жмудь, A.M. Гончаренко (положительное решение экспертизы от 28.01.03.)

130. Зверев Ю.М., Голяев Ю.Д. Лазеры на кристаллах и их применение. М. Радио и связь, 1982.

131. Зубов В.А. Методы измерения характеристик лазерного излучения. -М.: Наука, 1973.

132. Иващенко П. А., Калинин Ю.А, Морозов Б. Н. Измерение параметров лазеров. М.: Изд. стандартов, 1982.

133. Игнатьев О.В., Лысенко A.B., Пулин А.Д., Шевченко Ю.А. Универсальный преобразователь амплитуда-время ПАВ-001 // Приборы и техника эксперимента. 1989, N 4, с. 107-112.

134. Иванов А.И., Щербак Ю.М. Цифровая стабилизация мощности излучения полупроводникового лазера. // Приборы и техника эксперимента, 1994, N5, с.126 130.

135. Иванов М.А., Ильин Ю.В., Ильинская Н.Д., и др. Полосковые одиомодовые InGaAsP/InP лазеры, излучающие на длине волны 1.55 мкм II Письма ЖТФ. 1995. - Т. 21, в. 5- С. 70-75.

136. Игнатьев О.В., Пулин А.Д. Универсальный преобразователь время-код ПВК-001 // Приборы и техника эксперимента. 1989., N 4, с. 112114.

137. Касютич JI.B., Коляда Ю.В. Регулирующее устройство для термоэлектрической стабилизации температуры. // Приборы и техника эксперимента, 1995, N 1, С.203 207.

138. Кошеляевский Н.Б., Татаренков В.М., Титов А.Н. Образцовая частотно — измерительная установка инфракрасного диапазона // Измерительная техника.- 1976.- № 10.- С. 57.

139. Кук А. Квантовая метрология. Эталоны, основанные на атомных и квантовых явлениях. В кн.: Квантовая метрология и фундаментальные константы. Сб. статей. М., Мир, 1981., с. 17-121.

140. Кучьянов A.C. Многофункциональное устройство управления полупроводниковым лазером. // Приборы и техника эксперимента, 1997, N4, с.118- 120.

141. Кейси X., Паниш М. Лазеры на гетероструктурах / Пер. с англ. под ред. д.ф.-м.н. П.Г. Елисеева. М.: Мир, 1986.

142. Кешнер М. Шум тапа \lill ТИИЭР.- 1982.- Т. 70.- № 2.- С 60.

143. Киносита Т. Новейшие достижения квантовой электродинамики. // Квантовая метрология и фундаментальные константы. М. Мир. 1981.С.351-364.

144. Комианец О.Н., Летохов B.C. Газовые лазеры как стандарты частоты и длины. // Справочник по лазерам в 2-х томах, пер. с англ., М., Советское радио, 1978., т1., с.221- 235.

145. Крылов П.С., Миронов A.B., Привалов В.Е. Гелий-неоновый лазер, синтезированный по насыщенному поглощению в йоде («Стандарт-5М»). // Приборы и техника эксперимента. 1989, N 4, с. 197-201.

146. Кузьков В.П. Синхронный низкочастотный усилитель с малым уровнем дрейфа. Приборы и техника эксперимента. 1989, N 1, с. 153-154.

147. Кук А. Квантовая метрология. Эталоны, основанные на атомных и квантовых явлениях. // Квантовая метрология и фундаментальные константы. Сб. статей. М., Мир, 1981., с. 17-121.

148. Курносов В.Д., Курносов К.В., Чернов Р.В. Исследование характеристик одночастотных полупроводниковых лазеров в системе GaAs/AlGaAs // Квантовая электроника, 2002, т.32, N4, с.303 307.

149. Клейман A.C., Соловьев B.C. Некоторые вопросы измерения нестабильности частоты // Метрология.- 1986.- № 1.- С. 54.

150. Клейман A.C., Тимофеев Е.П., Шкурпела Ю.В. Измерение характеристик нестабильности частоты сигналов высокостабильных генераторов // Статистические измерения и применение микромашинных средств в измерениях.: Сб.тезисов докл. Всес. симп. Ленинград, 1982.

151. Крылов П.С., Миронов A.B., Привалов В.Е. Гелий-неоновый лазер, синтезированный по насыщенному поглощению в йоде («Стандарт-5М»). // Приборы и техника эксперимента. 1989, N 4, с. 197-201.

152. Кульман Н.К., Стратонович Р.Л. Фазовая автоподстройка частоты иоптимальное измерение параметров узкополосных сигналов с непостоянной частотой в шуме // Радиотехника и электроника.- 1964.- № 1.- С. 67.

153. Кунце X. И. Методы физических измерений: пер. с нем. М.: Мир, 1989.-216 с.

154. Курбатов А. Второе амплуа звуковой платы. // Компьютерра, 1999, N9, с.10-12.

155. Левашов Ю.И., Минаков Г.Д., Пупков Ю.А. He-Ne лазер с «пассивной» стабилизацией частоты излучения. // Приборы и техника эксперимента, 1999, N1, с.98 100.

156. Летохов B.C., Павлик Б.Д. Флуктуации частоты в газовом лазере с нелинейным поглощением // Квантовая электроника.-1972.- № 4(10).-С. 32-39.

157. Летохов В.С, Чеботаев В.П. Нелинейная лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения.- М.: Наука, 1990.- 512 с.

158. Логачев В.А., Пашев Г.П. Сравнение методов измерения систематического линейного изменения частоты сигналов стандартов частоты и времени // Измерительная техника.- 1983.- № 10.- С. 35.

159. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: В 2-х томах. Пер. с франц. М.: Мир, 1983. - Т 1 и 2.

160. Малахов A.A. Спектры фликкер — шумов // Радиотехника и электроника .-1959.-№1.- С.54.

161. Малышев Ю.М., Овчинников С.Н, Росторгуев Ю.Г. О воспроизводимости частоты квантового репера на Е-компоненте молекулы метана // Квантовая электроника. -1980.-№ 3.

162. Миронов A.B. Исследование сдвигов частоты лазера, стабилизированного по насыщенному поглощению в иоде // Оптика и спектро-скопия.-1985.- Т. 58.- Вып. 5.- С.11128-1132.

163. Миронов A.B., Привалов В.Е., Синица С.А. Двухчастотный зеема-новский He-Ne-лазвр, стабилизированный по экстремуму частоты биений мод // Приборы и техника эксперимента, 1991, N5, с. 156-158.

164. Мельников JI.A., Тучин В.В. О технических флуктуациях излучения лазера с поглощающей ячейкой // Квантовая электроника.-1977.- 4.-№5.- С 1117.

165. Мелехин Г.В., Степанов В. А., Чиркин М.В. О механизме низкочастотных флуктуаций выходной мощности газоразрядных лазеров // Оптика и спектроскопия.- 1984.- Т.57.- Вып.2.- С.319 324.

166. Музычук О.В., Шепелевич Л.Г. К вопросу об определении кратковременной нестабильности частоты колебаний // Изв. ВУЗов. Радиофизика.- 1974. Т. XVII.- № 6.- С. 855.

167. Ом А.Э. Системы управления лазерным излучением спектрометров сверхвысокого разрешения: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 01.04.03 / Институт теплофизики Сибирского отделения АН СССР. -Новосибирск, 1991.- 16с.

168. Пашев Г.П., Парфенов Г.А. Анализ современных прецизионных методов измерения нестабильности частоты // Техника средств связи, сер. Радиоизмерительная техника.- 1982.- Вып. 2.- С. 1.

169. Привалов В.Е. Колебания в разряде газового лазера (обзор) // Квантовая электроника.-1977.- 4.- № 10.- С. 2114.

170. Протопопов В.В., Устинов Н.Д. Лазерное гетеродинирование. М.: Наука, 1985.- С. 288.

171. Ремнев A.M., Смердов В.Ю., Фролков O.A. Импульсные модуляторы полупроводниковых лазерных решеток. // Приборы и техника эксперимента, 1996, N1, с.74 77.

172. Ремнев A.M., Смердов В.Ю., Фролков O.A. Блоки импульсного питания полупроводниковых лазеров. // Приборы и техника эксперимента, 1996, N2, с. 167- 172.

173. Романов А.М. Оценка максимального правдоподобия частоты и амплитуды монохроматического излучения в Фурье спектрометре // Оптика и спектроскопия.- 1997.- Т. 82, Вып. 2.- С. 299-304.

174. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику, ч. I.- М.: Наука.- 1976,.-С 485.

175. Рютман И. Характеристики нестабильности фазы и частоты сигналов высокостабильных генераторов: итоги развития за пятнадцать лет // ТИИЭИР, т.66, №9,1978. С.70 - 102.

176. Рютман Ж, Юберсфельд Ж. Модель частотного фликкер шума генераторов // ТИИЭР. -1972.- Т. 60.- № 2.- С 101.

177. Рыжков A.B., Попов В.Н. Синтезаторы частот в технике радиосвязи. М.: Радио и связь, 1991. - 264 е.: ил.

178. Смирнов М.З. Влияние квантовых флуктуаций излучения на процесс измерения оптической частоты // Оптика и спектроскопия.- 1990.- Т. 69.- Вып. 1.-С. 156-161.

179. Соболев B.C., Белкин A.M., Жмудь В.А. и др. Магнитооптический накопитель в международном стандарте // Автометрия, 1994, N5, с. 3 -16.

180. Соболев B.C. Лазерные доплеровские измерительные системы: Ав-тореф. дис. . д-ра техн. наук: 05.11.16 и 05.11.07 / Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН. — Новосибирск, 1996.-38с.

181. Соболев B.C. Потенциальные возможности лазерной доплеровской анемометрии//Автометрия. 1982, N3, с. 15-23.

182. Солодовников В.В. Статистическая динамика линейных систем автоматического управления,- М.: Физматгиз, I960.- 326 с.

183. Симонов А.Н.,'Шмальгаузен В.И., Мызин О.В. Автоматизированная система стабилизации мощности излучения YAG:Nckna3epa с внутрирезонаторным удвоением частоты. // Квантовая электроника, 1997, т.24, N9, с.825-828.

184. Скворцов М.Н. Прецизионная спектроскопия молекулярного йода: Автореф. дис. . д-ра техн. наук: 01.04.21/ Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН. — Новосибирск, 1996. — 19с.

185. Справочник по средствам автоматики/ Под ред. В.Э. Низе и И.В. Антика. М.: Энергоиздат, 1983, с.87.

186. Стратонович P.JI. Негауссовы свойства фликкер шума // DAH.-1985.-№3.-С 605.

187. Тейлор Б., Паркер В., Лангерберг Д. Фундаментальные константы и квантовая электродинамика, пер. с англ.; Под ред. Б.А. Мамырина — М.: Атомиздат, 1972.

188. Техническая кибернетика, теория автоматического регулирования. /Под ред. В.В, Солодовникова. М.: Машиностроение, 1967 - 1969. Кн. 1-3.

189. Фалькович С.Е., Хомяков Э.Н. Статистическая теория измерительных радиосистем.- М.: Радио и связь, 1981.- С. 287.

190. Физика полупроводниковых лазеров: Пер. с японск. /Под ред. X. Такумы. М.: Мир, 1989. - 310 е., ил.

191. Френке Л. Теория сигналов. Нью Джерси, 1969 г. Пер. с англ., под ред. Д.Е. Вакмана - М., "Сов. радио", 1974, 344 с.

192. Хоменков Н., Зверев А. Цифровой термометр // Радио. 1985. №1. С.47 48.

193. Цифровые и аналоговые микросхемы: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; под ред. С.В. Якубосвко-го. — М.: Радио и связь, 1990. — 496 с.

194. Электрорадиоизмерения / В.И. Винокуров, С.И. Каплин, И.Г. Петелин -М.: «Высш. шк.», 1986 , с.173

195. Юмагузин Т.Х., Вязовкин Д.Е., Назиров Э.Р., Туктаров Р.Ф. Программно-управляемый синтезатор частоты в стандарте КАМАК // Приборы и техника эксперимента. 1989, N 4, с. 103-105.

196. Яровицкий А.В., Величанский В.Л. Пределы непрерывной перестройки частоты инжекционных лазеров с внешним селективным резонатором. //Квантовая электроника, 22, N9(1995), с.796-800.

197. Alexander S.B. Design of wideband optical heterodyne balanced mixer receivers. J. Lightwave Technol. V. LT-5, 523-537, 1987.

198. Allan D.W., Hellwig H., Kartaschoff P., et al. Standard Terminology for ^ Fundamental Frequency and Time Metrology, Proceedings of the 42nd

199. Annual Frequency Control Symposium, Baltimore, MD, June 1-4, 419425, 1988. (BIN: 788)

200. Allan D.W., Statistics of Atomic Frequency Standard, Proceedings of the IEEE, 54, No. 2,221-231, 1966. (BIN: 7)t

201. Allan D.W., Barnes J.A. A Modified "Allan Variance" with Increased Oscillator Characterization Ability, Proceedings of the 35th Annual Frequency Control Symposium,, 470-475, 1981. (BIN: 560)

202. Allan D.W. Should the Classical Variance Be Used as a Basic Measure in Standards Metrology?, IEEE Trans, on Instrumentation and Measurement, IM-36, 646-654,1987. (BIN: 776)

203. Allan D.W. Time and Frequency (Time-Domain) Characterization, Estill mation, and Prediction of Precision Clocks and Oscillators, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, UFFC-34,647.654, 1987. (BIN: 752)

204. Allan D. W., Dewey W. Time-Domain Spectrum of GPS SA; Proceedings of 1993 Institute of Navigation ION GPS-93.

205. Allan D.W., Weiss M.A., Peppier T.K. In Search of the Best Clock, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 38, 624-630, 1989. (BIN: 815)

206. Allan D.W. Millisecond Pulsar Rivals Best Atomic Clock Stability, Proceedings of the 41st Annual Symposium on Frequency Control, Philadelphia, PA, 2-11,1987. (BIN: 751)

207. Allan D. W. The Impact of Precise Time in Our Lives: A Historical and Futuristic Perspective Surrounding GPS; 50th Anniversary Invited Talk at Institute of Navigation Annual Meeting, held in Colorado Springs, Colorado; 5-7 June 1995.

208. Allan D.W. Clock Characterization Tutorial, Proceedings of the 15th Annual Precise Time and Time Interval (PTTI) Applications and Planning Meeting, 1983. (BIN: 662)

209. Allan D.W., Varnum F., Brown D.R., et al. Comparison of Time Scales Generated with the NBS Ensembling Algorithm, Proceedings of the 19th Precise Time and Time Interval (PTTI) Meeting, 1987.

210. Allan D.W., Sullivan D.B., Howe D.A., and Walls F.L., Characterization of Clocks and Oscillators, NIST Tech Note 1337, 1990. (BIN: 868)

211. Analog Devices, Inc., 1994 Design-in Reference Manual: Data converters, Amplifiers, Special linear products, Support Components.

212. Audoin C., Wanier J. Atomic frequence standards and clocks // J. of Phys.E: Sci. Instrum, 1976.- Vol. 9.- P. 627.

213. Bagaev S.N., Dmitriyev A.K., Okhapkin M.V., Pokasov P.V. Long-time frequency measurements of the transportable He-Ne/CHj laser. // Digest ofthe second International Symposium MPLP. Novosibirsk. Russia. July 28 -August 2. 1997. PI-58.

214. Bagaev S.N., Dmitriyev A.K., Pokasov P.V. Transportable He-Ne/CH4 frequency standard for precision measurements // Laser Physics. 1997. V.7, N 4, pp.989-992.

215. Bagaev S.N., Chebotaev V.P. // Applied. Physics Letters, 1970,v.l7, N 2, p.53-56.

216. Bagayev S. N., Chebotayev V.P., Titov E. A. Saturated Absorption Lineshape under the Transit-Time Conditions // Laser Physics.- 1994.-Vol. 4.-№ 2.- P. 224-293.

217. Bagaev S.N., Chebotayev V.P. Frequence Stability and Reproducibility of the 3.39 fjm He-Ne Laser Stabilazed on the Methane Line. I I Appl. Phys., 1975.- Vol.7.-№2.- P.71.

218. Bagaev S.N., Chepurov S.V., Klementyev V.M., et al. A femtosecond self-mode-locked Ti: Sa laser with the high stability of pulse repetition frequency and its application // Appl. Phys: B.- 2000

219. Bagayev S.N., Zanter J. von, Becker Th., Nevsky A.Yu. et al. -MPLP'2000/ Proceedings the third international symposium on Modern

220. Problems of Laser Physics, MPLP 2000, Novosibirsk, Russia, 2000, pp.111-115.

221. Bagaev S.N., Baklanov E.V., Denisov V.I., Korel I.I. Ultrastable Lasers in Gravitational Experiments. // Laser Physics. V.8, N 3, 1998.

222. Barnes J., Chi A., Cutler L., et al. Characterization of frequency stability // IEEE Trans. Instrum Meas.-1971.- V. IM-20.-№ 2.- P. 105.

223. Bradly C.C., Chen J., Hulet R.Q. Instrumentation for the stable operation of laser diodes. // Review of Science Instruments, v., 1990, N8, pp.2097 -2101.

224. Boyld T.L., Kimble H.J. Frequency stabilization of continuous-wave Ti:sapphire lasers. // Opt. Lett., v.16, 808-810,1991.

225. Borisov B.D., Goncharenko A.M., Vasiliev V.A., Zhmud' V.A. Precise measurements of high-stable lasers radiation frequency and phase. Proceedings of SPIE, Novosibirsk, 2002, vol.4900, pp. 162-166.

226. Borisov B.D. Characterization of frequency stability: uncertainty due to the duration of sampling to limit constant r // Proceedings the third international symposium on Modern Problems of Laser Physics, Novosibirsk, Russia, 2000, pp. 244-248.

227. Blancy T. et al. Absolute frequences of the methane stabilized He-Ne laser (3.39 ym) and the COz, R(32) stabilized laser (10.17/^m). // J.Phys. D:AppI., 1976.- Vol 9, № 9.- P. 1323.

228. Cafferty M.S., Thompson E.D. Stable current supply with protection cirquits for a lead-salt laser diode. // Rev. Sci. Instrum. 1989, v.60, N9, 2896-2901.

229. De Voe R. G., Brewer R.G. Laser-frequency division and stabilization. // Physical review A. 1984. P.2827 2829.

230. Evenson K.M., Wells J.S., Peterson F.R., Danielson B.L., Day C.W., Appl. Phys. Lett. 22, 196 (1973).

231. Goncharenko A.M. High sensitive phasemeter for laser vibrometer. Proceedings of the IASTED International Conference Automation, Control and Information technology. June 2002. Novosibirsk, Russia, ACTA Press, Anaheim, Calgary, Zurich, p.499-501.

232. Hall J.L., Borde C. Measurement of methane hyperfine structure using laser saturated absorption // Phys. Rev. Letts.- 1973.- V. 30.-№ 22.- P. 1101-1104.

233. Hall J.L., Libbreht K.G. A low-noise high-speed diode laser current controller. //Rev. Sci. Instrum. 64 (8). 1993. pp. 2133-2135.

234. Hamilton M.W. An introduction to stabilized lasers. Contemp. Phys., v.30,21-30. 1989.

235. Hansh T.W, Coullaud B. Laser frequency stabilization by polarization spectroscopy of a reflecting reference cavity. Opt. Commun., v.35, 441444,1980.

236. Instrumentation Applications of New Sigma-Delta A/D Converters. // Analog Dialogue, 28-2 (1994), pp.6 7.

237. Laser diode user's manual, Sharp corporation (1988), p. 17.

238. Lesage P., Audon C. Characterization of frequence stability: uncertanty due the finite number of measurements // IEEE Trans. Instrum. Meas.-1973.-V. IM-22. P. 157.

239. Lindsey W., Chak Ving Chve. Identification of power law type oscillator phase noise spectra from measurements // IEET Trans.-1978. - IM-27.-№ l. p. 46.

240. Lodahl P., Sorensen J.L., Polzik E.S. High frequency second harmonic generation with a low power diode laser. // Appl. Phys. B: Lasers Opt. V. 64,383-386,1997.

241. Mac Adam K.B., Steinbach A., Wieman C. A narrow-band tunable diode laser system with grating feedback and a saturated absorbtion spectrometer for Cs and Rb. // Am. J. Phys. 1992. V.60. №12. P. 1098-1 111.

242. MAXIM, 1995 New Releases Data Book, vol. IV.

243. Nielses C.J., Jacobsen G. Frequency stabilization of single mode semiconductor lasers at 830 nm and 1,3 |im // Journal of Optical Communications 1983. -N4. P. 122 - 129.

244. Restle R. Tests of qaussian statistical properties of 1/f noise // J. of Applied. Phys.- 1983.-54.-№ 10.-C 5844.

245. Retsky M.W., Wall J. One Ampere Current Supply Stable to One part per Hour. // Rev. Sci. Instrum., 1972, v.43, N3, pp. 384 385.

246. Ricci L., Weidmûller M., Esslinger T., at al. A compact grating-stabilized diode laser system for atomic physics. // Optics Communication. 1995, N117. pp. 541 -549.

247. Riechke F., Schnatz H., Lipphardt B., et al. The optical calcium frequency standard. // IEEE Trans. Instrum. Meas. v.48, 613-617, 1999.

248. Rowley W.R.C. Laser wavelength measurements and measurements and standards for the determination of length. // U.S. Department Commercial National Bureau of Standards Special Publications. 1984, N617, pp.57-64.

249. Saunders P., Rane D.M. A driver for stable-frequency operation of laser diodes. // Review of Science Instruments, v.4, N63. pp. 2141-2145.

250. Sigimura A., Patzak E., Meissner P. Homogeneous linewidth and linewidth enhancement factor for a GaAs semiconductor laser // J. Phys. D: Appl. Phys., 1986, N19, pp.7 16.

251. Sim S.P., Robertson M.J., Plumb R.G. Catastrophic and latent demage in GaAlAs lasers caused by electrical transients. // Journal of Applied Physics, 1984, v.55, N11, pp.3950-3955.

252. Spectra Diode Labs Product Catalog. USA, San Jose, 1992.

253. TOHIBA Optoelectronics semiconductors laser diodes with visible wavelength - Product Guide - p. 32,33.

254. Van Baak D.A. Temperature servomechanism using thermoelectric modules. // American Journal of Physics, 60(9), September 1992, pp.803 815.

255. Vassen W., Zimmermann C., Kallenbach R., Hansh T.W. A frequency-stabilized titanium sapphire lasers for high-resolution spectroscopy. // Opt. Commun., v.75, p.435-440, 1990.

256. Voevoda A.A., Farnosov A.S., Zhmud' V.A. High-speed phase-locked-loop frequency control of identical lasers. Proceedings of SPIE, Novosibirsk, 2002, vol.4900, pp. 346-351.

257. Vostrikov A.S., Voevoda A. A., Zhmud' V. A. Control of linear dynamic objects with variable parameters by the method of localization. Preprint No 462, Inst, of Automation and Electrometry, Sib. branch USSR Ac. Sci., Novosibirsk, 1990. 56 p.

258. Vostrikov A.S. Synthesis of nonlinear systems by means of localization method. Novosibirsk. Novosibirsk State Technical University Publishers. 1995.

259. Wieman C.E., Hollberg L. Using diode lasers for atomic physics. // Rev. Sci. Instrum., 1991, 62(1), pp.1 -20.

260. Yamaguchi Sh., Suzuki M. Frequency stabilization of diode lasers by use of the optogalvanic effect // Applied Physics Letters, 1982, v.41, N7, pp. 597- 605.

261. Yamaguchi Sh., Suzuki M. Frequency locking at an InGaAsP semiconductor lasers to the first overaction vibration-rotation lines of hydrogen fluoride// Applied Physics Letters, 1982, v.41, N11, pp. 1034 1038.

262. Ye J., Hall L., Diddams S.A. Precision phase control of an ultrawode-bandwidth femtosecond laser: a network of ultrastable frequency marks across the visible spectrum. Optics Letters, v/25, N.15, pp. 1675-1677.

263. Yoshimura K. Characterization of frequence stability: uncertanty due to the autocorrelation of the frequence fluctuations // IEEE Trans, on Instrum. and Meas.-1978.- Vol. IM-27.-№l.

264. Zhmud' V.A., Ayoub S., Hassuoneh V. Frequency Feedback laser systems. Proceedings of the IASTED International Conference Automation, Control and Information technology. June 2002. Novosibirsk, Russia, ACTA Press, Anaheim, Calgary, Zurich, pp.338-341.

Похожие работы

Информатика, вычислительная техника и управление
05.13.00