[發(fā)明專利]雙腔雙頻固體激光器Pound-Drever-Hall穩(wěn)頻系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210405860.4
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102916335A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邢俊紅;焦明星;鄭玲玲
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/106
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙腔雙頻固體激光器Pound-Drever-Hall穩(wěn)頻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光主動穩(wěn)頻技術(shù)主要分為兩種：其一是以原子或分子的躍遷譜線中心頻率作為參考標(biāo)準(zhǔn)，常用的方法有蘭姆凹陷穩(wěn)頻、原子光譜Zeeman效應(yīng)穩(wěn)頻、原子或分子飽和吸收穩(wěn)頻；其二是以諧振腔共振頻率作為參考標(biāo)準(zhǔn)，常用的方法有相位偏頻鎖定技術(shù)、導(dǎo)數(shù)譜穩(wěn)頻技術(shù)和邊頻鎖定穩(wěn)頻技術(shù)。

蘭姆凹陷穩(wěn)頻法的穩(wěn)頻裝置比較簡單，但其增益曲線中心頻率容易受放電條件的影響，而且該中心頻率作為參考頻率有一定的范圍，不能穩(wěn)定在一個頻率點上，雖然頻率穩(wěn)定度可達(dá)10^-9～10^-10，但是頻率復(fù)現(xiàn)性較差。原子光譜Zeeman效應(yīng)吸收法的優(yōu)勢明顯，輸出功率和頻率不需要低頻調(diào)制，并且具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可用于工業(yè)中的精密計量，但其體積大，價格高，適用激光系統(tǒng)種類較少，系統(tǒng)輸出功率相對較低，穩(wěn)定度一般在10^-10～10^-11。飽和吸收法的優(yōu)點是頻率穩(wěn)定度和復(fù)現(xiàn)性高，這種方法頻率穩(wěn)定度不僅取決于吸收譜線的頻率穩(wěn)定性，也和譜線的寬度和信噪比有關(guān)，頻率穩(wěn)定度可以達(dá)到10^-12～10^-13。輸出波長受制于吸收介質(zhì)，譜線頻率覆蓋范圍有限，系統(tǒng)輸出功率低。偏頻鎖定技術(shù)最大的缺點就是頻率的跳變無法抑止,當(dāng)激光頻率跳變量是自由光譜范圍的整數(shù)倍時鑒頻系統(tǒng)無法識別，導(dǎo)致失鎖。其控制范圍受限于F-P腔的參數(shù)，系統(tǒng)抗干擾能力差，頻率穩(wěn)定度在10^-8量級，且關(guān)于此種方法的相關(guān)研究才剛剛開始。而導(dǎo)數(shù)譜穩(wěn)頻法雖然控制范圍比較寬，但是信號比較弱需通過放大電路來放大鑒頻信號，但同時也會放大噪音，影響頻率的穩(wěn)定性。

Pound-Drever-Hall邊頻鎖定穩(wěn)頻技術(shù)也叫相位調(diào)制光外差穩(wěn)頻技術(shù)，它是以光學(xué)諧振腔（F-P腔）的共振頻率作為參考頻率標(biāo)準(zhǔn)的一種主動穩(wěn)頻技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵是采用電光相位調(diào)制器對激光進(jìn)行射頻調(diào)制，利用F-P腔的共振特性和光外差光譜檢測技術(shù)，得到激光頻率與F-P腔共振頻率的誤差信號，通過伺服反饋系統(tǒng)控制激光器的腔長，進(jìn)而將激光頻率鎖定在F-P腔的共振頻率上。該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，不易失鎖，穩(wěn)定度高（可達(dá)10^-12～10^-16），因此，采用Pound-Drever-Hall技術(shù)將激光頻率鎖定在光學(xué)諧振腔上具有其他技術(shù)無法相比的優(yōu)勢，可以得到具有極高頻率穩(wěn)定性和超窄線寬的激光譜線，Pound-Drever-Hall穩(wěn)頻技術(shù)逐漸成為主動穩(wěn)頻技術(shù)中的前沿技術(shù)。

幾十年來，特別是近十年來，國內(nèi)外研究人員在Pound-Drever-Hall穩(wěn)頻技術(shù)領(lǐng)域開展了卓有成效的研究工作，并取得了一系列重要研究成果。但是，Pound-Drever-Hall穩(wěn)頻技術(shù)的研究工作主要集中在單頻激光器領(lǐng)域。另外，現(xiàn)有的Pound-Drever-Hall穩(wěn)頻系統(tǒng)都是采用模擬的電子器件來實現(xiàn)，在誤差信號的解調(diào)和鑒頻曲線產(chǎn)生的過程中需要用到模擬的混頻器、濾波器和放大器等，會引入電子噪聲和閃爍效應(yīng)噪聲。當(dāng)誤差信號解調(diào)為直流信號時，這些噪聲都會對其產(chǎn)生影響并最終通過反饋系統(tǒng)影響激光輸出頻率穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種雙腔雙頻固體激光器Pound-Drever-Hall穩(wěn)頻系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將雙頻激光器的兩個工作頻率穩(wěn)定在同一個光學(xué)諧振腔上。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種雙腔雙頻固體激光器Pound-Drever-Hall穩(wěn)頻系統(tǒng)，包括雙腔雙頻固體激光器、兩套獨立的外差干涉系統(tǒng)、兩個頻率調(diào)節(jié)器及一個光學(xué)諧振腔；所述F-P光學(xué)諧振腔作為穩(wěn)頻基準(zhǔn)，兩套獨立的外差干涉系統(tǒng)進(jìn)行探測獲得兩路誤差信號，驅(qū)動兩個頻率調(diào)節(jié)器，將激光器的兩個工作頻率同時鎖定到光學(xué)諧振腔兩個諧振頻率處。