[發明專利]無移相器Pound-Drever-Hall激光穩頻系統

有效

• 申請號: 201310545605.4
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN103579896A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 蘇娟;焦明星
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于激光穩頻系統技術領域，涉及一種無移相器Pound-Drever-Hall激光穩頻系統。

背景技術

Pound-Drever-Hall穩頻方法由于其系統抗干擾能力強，不易失鎖，穩定度高，不受波長限制等優點而廣泛應用于窄線寬激光器穩頻系統中。該方法的原理是：激光器輸出光束經電光調制器進行相位調制后垂直入射到F-P參考腔，其反射光在光電探測器上進行拍頻。若激光頻率等于參考腔諧振頻率，拍頻輸出為零；反之，則有拍頻電流輸出。將射頻參考信號經過一定的相移后，與拍頻信號在平衡混頻器內混頻解調，得到色散型鑒頻特性信號。它通過伺服系統，控制激光器固定在一端反射鏡上的壓電陶瓷，調節激光器腔長，使激光頻率的偏移量回復到零，從而將激光頻率鎖定在參考腔諧振頻率上，實現穩頻。

目前的Pound-Drever-Hall穩頻系統中都是把射頻參考信號進行移相，與拍頻信號混頻。移相是利用移相器來實現的。模擬移相器在入射激光頻率發生漂移時，需要手動調節移相器的同時觀察示波器，當混頻器輸出出現峰值時確定相移大小。該方法基于人眼觀察和手動調整，因此誤差較大；數字移相器需要在系統中加入相位檢測和移相控制單元，增加了系統的復雜性，同時，增加的單元本身不可避免的引入了相位誤差，降低了系統的穩頻精度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無移相器Pound-Drever-Hall激光穩頻系統，結構簡單，穩頻精度高。

本發明的技術方案是，無移相器Pound-Drever-Hall激光穩頻系統，包括激光源和MCU控制器，激光源輸出的激光經過光隔離器進入電光調制器進行相位調制，經過偏振分束器和四分之一波片垂直入射到參考腔，參考腔的反射光再次經過四分之一波片和偏振分束器進入光電探測器進行拍頻；MCU控制器控制DDS射頻信號源產生兩種正交射頻參考信號；拍頻信號和兩種正交射頻參考信號中的一種經過開關模塊進入選頻放大網絡，經過選頻放大后的信號在混頻器與DDS射頻信號源產生的兩種正交射頻參考信號進行混頻，混頻器的輸出信號經低通濾波器進行濾波，AD轉換器將經過濾波的信號送入DSP處理器計算相移并進行控制策略運算，再經過DA轉換器變為直流量送入PZT驅動電路進行放大處理，放大后的驅動信號加在與激光源粘在一起的壓電陶瓷上，使激光源的光束鎖定到參考腔的諧振頻率上。

本發明的特點還在于：

DSP處理器通過相敏檢波算法來計算相移。

DDS產生的兩路正交射頻參考信號中，其中一路正交射頻參考信號為電光調制器提供相位調制需要的射頻輸入；同時兩路正交射頻參考信號都作為參考信號參與相敏檢波算法。

驅動電路為電光調制器提供驅動電壓。

在刻度模式下，開關模塊把DDS射頻信號源產生的正交射頻參考信號中的一種送入選頻放大網絡中；在穩頻模式下，開關模塊把拍頻信號送入選頻放大網絡中，工作模式由DSP處理器控制。

本發明具有如下有益效果：

1、本發明激光穩頻系統減少了硬件個數，簡化了結構，克服了移相器帶來的硬件誤差和系統引入誤差，提高了穩頻精度。

2、本發明用軟件算法即相敏檢波算法，減小了測量和計算誤差，實現了全自動跟蹤鎖定。

3、本發明設置工作模式選擇模塊，采用不同的工作模式，可精確測量激光頻率偏移。

附圖說明

圖1為本發明無移相器Pound-Drever-Hall激光穩頻系統結構示意圖；

圖2為本發明無移相器Pound-Drever-Hall激光穩頻系統工作模式選擇原理圖；

圖3為本發明無移相器Pound-Drever-Hall激光穩頻系統射頻參考信號產生原理圖；

圖4為本發明無移相器Pound-Drever-Hall激光穩頻系統刻度模式工作原理圖；

圖5為本發明無移相器Pound-Drever-Hall激光穩頻系統穩頻模式工作原理圖。

圖中包括，1.激光源，2.光隔離器，3.電光調制器，4.驅動電路，5.MCU控制器，6.DDS射頻信號源，7.偏振分束器，8.四分之一波片，9.參考腔，10.光電探測器，11.開關模塊，12.選頻放大網絡，13.雙通道混頻器，14.雙通道低通濾波器，15.AD轉換器，16.DSP處理器，17.DA轉換器，18.PZT驅動電路，19.壓電陶瓷。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作詳細說明。