|
| |
|
|
Přeladitelná laserová dioda na vlnové délce 633 nm pro přesná měření délky a spektroskopii
Pham, Minh Tuan ; Mikel, Břetislav ; Hrabina, Jan ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Polovodičové lasery si našly pevné místo v řadě oborů lidské činnosti zejména díky své miniaturní velikosti, nízké ceně a vysoké energetické účinnosti. Nalezneme je jako zdroje koherentního záření ve fotonických sítích, slouží pro diagnostiku a terapii v medicíně, jsou běžné v pomůckách pro stavebnictví pro vytyčování budov či stanovení jejich rozměrů. Současné metody pro nejpřesnější měření délek v průmyslové praxi využívají principy laserové interferometrie, které jsou založeny na laserech pracujících ve viditelné oblasti spektra. Je-li laserový svazek viditelný pouhým okem, pro obsluhu odměřovacího systému jde o velkou výhodu, neboť v takovém případě lze provést justáž optické soustavy snadno. Tradičním laserem pro tyto účely je již mnoho desetiletí plynový laser HeNe, který je znám pro svoji vynikající koherenční délku. V minulosti proto byla provedena řada experimentů s nahrazením tohoto laseru za typ polovodičový. Nevýhodou klasických, běžně dostupných hranově emitujících polovodičových laserů s Fabryovým-Perotovým rezonátorem, je však jejich nízká koherenční délka. Snahou výrobců bylo proto opatřit aktivní prostředí polovodiče pasivním selektivním prvkem, který zvýší jakost vlastního rezonátoru a zároveň omezí vznik jeho vyšších podélných modů.
|
|
|
Elektronika pro stabilizaci optických frekvenčních hřebenů
Hucl, Václav ; Čížek, Martin ; Šmíd, Radek ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Většina experimentů využívajících optický hřeben (komb) vyžaduje frekvenční a fázové zavěšení repetiční frekvence frep a offsetové frekvence fCEO na stabilní RF referenční signál generovaný z vysoce přesného oscilátoru (H-maser, GPSDO…). K zabránění tepelnému a mechanickému ovlivňování experimentálních sestav a optického hřebene při dlouhodobých experimentech je zároveň nanejvýš žádoucí v maximální možné míře omezit dobu pobytu osob v laboratoři. Tyto důvody nás vedly ke zkonstruování dálkově ovládaného systému pro dálkově pro dlouhodobou stabilizaci optického frekvenčního hřebene. V našem případě jsme stabilizovali optovláknový komb FC1500 od firmy Menlo Systems. Stabilizace probíhá ve dvou nezávislých smyčkách fázového závěsu. V první smyčce dochází k regulaci repetiční frekvence fs laseru, kde využíváme výstupní signál fotodetektoru monitorujícího výstup fs laseru jako zpětnou vazbu. V druhé smyčce regulujeme offsetovou frekvenci na základě zpětné vazby zprostředkované výstupním signálem f-2f interferometru. Regulace je realizována ve dvou řádech. První řád tvořený rychlým regulátorem s obvodem AD9956 s omezeným rozsahem přeladění je doplněn pomalejším regulátorem druhého řádu s velkým výstupním dynamickým rozsahem realizovaným s využitím digitálního signálového procesoru. Elektronika je připojena na komunikační sběrnici CAN, což umožňuje vzdáleně ovládat celé zařízení z prostředí LabView.
|
|
|
Elektronika pro redukci šumu laserové diody s využitím nevyváženého vláknového interferometru
Čížek, Martin ; Šmíd, Radek ; Číp, Ondřej
Měření délkových změn optických rezonátorů zpravidla vyžaduje použití laserů s úzkou spektrální šířkou. Pro sledování celého rozsahu délkových změn je zapotřebí laser s velkou přeladitelností. Zdroje laserového záření založené na DFB laserových diodách disponují velkým rozsahem přeladění, jejich nevýhodou je však šířka čáry v řádu až jednotek MHz. Obvyklý způsob zužování čáry laserové diody spočívá v elektronické stabilizaci její vlnové délky podle etalonové rezonátorové kavity např. metodou PDH. Tím však ztrácíme přeladitelnost. Řešení nabízí metoda redukce frekvenčního šumu laserové diody využívající jako etalon nevyvážený vláknový Michelsonův interferometr. Referenční rameno interferometru je tvořeno krátkým úsekem optického vlákna zakončeného Faradayovým zrcadlem. Měřicí rameno interferometru je tvořeno cívkou optického vlákna, jejíž délka je zvolena na základě počáteční šířky čáry nestabilizované laserové diody, a Faradayovým zrcadlem.
|
|
|
Elektronika pro komunikaci v přístrojové technice
Hucl, Václav
V Ústavu přístrojové techniky AV ČR používáme pro komunikaci mezi počítačem a přístroji využitými v experimentech průmyslovou sběrnici CAN (Controller Area Network). V prezentované práci je popsána elektronika zprostředkovávající komunikaci po této sběrnici (CANHUB) a oproti předchozímu řešení zajišťuje větší bezpečnost a spolehlivost komunikace. Popisované komunikační jednotky budou nasazeny v nově vybudovaných aplikačních laboratořích ALISI. Hlavním přínosem zařízení je vytvoření čtyř nezávislých větví CAN sběrnice, které spolu mohou vzájemně komunikovat, ale zkrat, rozpojení či jiná porucha hardwaru v jedné větvi, nemá vliv na zbylé tři. Pomocí karty CANHUB je možné připojit přístroje propojené CAN sběrnicí k počítači pomocí USB rozhraní nebo přes síť Ethernet.
|
|
|
Systém pro stabilizaci femtosekundových laserů
Čížek, Martin
V principu je optický hřeben (comb) založen na femtosekundovém (fs) laseru se synchronizací módů. Výstupem fs laseru je sled pulzů o délce řádově od desítek fs po 1 ps. Opakovací frekvence těchto pulzů fr bývá nejčastěji od desítek po stovky MHz. Z pohledu teorie zpracování signálů se na výstup fs laseru můžeme dívat jako na optickou nosnou vlnu amplitudově modulovanou se 100% hloubkou modulace pulzním signálem o výše zmíněné frekvenci a šířce pulzu. Fourierovou transformací takového signálu získáme spektrum tvořené diskrétními komponentami, jejichž rozestup je roven repetiční frekvenci fr. Spektrum je rozprostřeno okolo určité centrální vlnové délky. V případě Er+ dopovaného vláknového infračerveného laseru je výstupní spektrum cca 200 nm široké a centrální vlnová délka je cca 1 550 nm. Spektrum lze jednoduše matematicky popsat vztahem, kde νi je optická frekvence i-té spektrální komponenty, fceo je offsetová frekvence a frep je repetiční frekvence fs laseru.
|
|
|
Nanoposuvné stolky s velkým rozsahem polohování pro AFM mikroskopii
Číp, Ondřej
Nanopolohovací stolky pro mikroskopii atomárních sil (AFM) musí splňovat několik důležitých úkolů během procesu skenování. Především musejí zajistit polohování ve dvou souřadných osách (X a Y) a zároveň nesou testovaný vzorek, který je pak postupně posouván v těchto dvou osách přes místo, kde je umístěna detekční sonda. V případě AFM mikroskopie jde o specializovaný hrot, kterým je provedena inspekce celého povrchu vzorku v ose Z, za současného synchronizovaného pohybu v osách X a Y. Délkové rozlišení v ose Z sahá díky principu AFM mikroskopie až do subnanometrové oblasti. Proto je vyžadováno rozlišení polohy vzorku v ose X a Y také obvykle nejméně v řádu nanometrů. Tento kritický parametr je však navíc komplikován požadavkem, aby rozsah polohování v obou osách X a Y byl srovnatelný s velikostí vzorku. Běžné komerční nanoposuvné stolky dosahují maximálního rozsahu vychýlení v řádu několika set mikrometrů, zatímco vhodný rozsah se pohybuje v řádu jednotek milimetrů. V případě uvedených komerčních stolků se zde naráží na principiální omezení piezoelektrických akčních členů, které jsou schopny sice spojitě polohovat s rozlišením v subnanometrové oblasti, avšak maximální výchylka je pouze několik jednotek mikrometrů daných mechanickými možnostmi prohnutí lamel vícenásobného piezo členu.
|
|
|
Aktivní úhlové polohování koncové měrky v systému pro její automatickou kalibraci
Buchta, Zdeněk
Týmem vědeckých pracovníků a techniků z ÚPT AVČR v.v.i. a brněnské firmy Mesing spol. s r.o. byl navržen a sestaven systém pro bezkontaktní kalibraci a 3D diagnostiku koncových měrek. Tento systém zavádí do praxe zcela nový, dnes již patentově chráněný, princip kalibrace délky koncové měrky pomocí kombinace bílého a laserového záření. Na rozdíl od současných kalibračních mostů, kde je měrka podrobena dotykovému měření a následnému srovnání s tzv. referenční měrkou, případně systémů, kdy je koncová měrka přisáta na referenční ploše a jako délka měrky je prezentována opticky měřená vzdálenost mezi referenční plochou a volným čelem koncové měrky, je u tohoto přístroje měření provedeno bezdotykově pouze pomocí bílého světla a záření Helium-Neonového laseru. Délka měrky je tak určena bezkontaktně a s přímou návazností na definici jednotky délky jeden metr. Díky důmyslnému systému na manipulaci s koncovými měrkami je měření plně automatické.
|
|
|
Evaluation of lenght of the Fabry-Perot cavity with ultra-low expansion spacer with optical frequency comb
Šmíd, Radek ; Čížek, Martin ; Číp, Ondřej
The ultra-low expansion materials play a crucial role in laser stabilization and they are essential for laser stalibization. Blocks made from ultra-low expansion material are used as a base for precise interferometric measurements and in AFM microscopes. In our experiment we have monitored the free spectral range (FSR) changes and absolute length of a Fabry-Perot cavity (FPC) with a spacer made from an ultra-low expansion ceramics (Zerodur) with the expansion coefficient (CTE) of 2.8 • 10-8K-1. Experiment was carried out in the vacuum chamber at the pressure as low as 1 O'5 Pa. A fiber based femtosecond mode-locked laser with 100 MHz repetition frequency and central wavelength of 1550 nm was locked to a GPS disciplined crystal oscillator with a short term stability better than 10"12 and long term stability controlled by GPS clocks. An auxiliary tunable DFB laser diode was locked to a certain optical mode of the FPC. A beat-note signal from optical mixing between the laser and a stabilized femtosecond frequency comb is detected and processed. The absolute optical frequency of this mode is defined by saturation to acetylene cell. The FPC spacer of Zerodur material of 175 mm length was analyzed during the temperature cycling process from 22 - 35°C. Measured CTE of the spacer material was (0.069 ± 0.005) • 10-6K-1. Material exhibited hysteresis in the spacer length up to 8 nm during cycling process.
|
|
| |
host ::
RSS.