[發明專利]一種能同時進行多束激光穩頻的傳輸腔穩頻裝置

有效

• 申請號: 201410104386.0
• 申請日: 2014-03-20
• 公開（公告）號: CN103887700A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 商俊娟;曹健;崔凱楓;舒華林;黃學人
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13
• 代理公司: 武漢荊楚聯合知識產權代理有限公司 42215
• 代理人: 王健

技術領域

本發明涉及激光穩頻技術，更具體涉及采用傳輸腔來穩定激光頻率的裝置。適用于激光物理、頻標、量子信息等需要激光頻率穩定的領域。

背景技術

在精密光譜實驗中，需要多束頻率穩定的激光，激光頻率的長期漂移需要滿足小于1MHz/h,實驗室中由于溫度的變化、振動的影響等自由運轉的激光器長期漂移大于100MHz/h，因此需要對激光進行穩頻。在技術上可以利用法布里珀羅腔和飽和吸收進行穩頻但比較復雜，并且很難找到合適的原子分子譜線滿足穩頻的需求，利用傳輸腔穩頻只需要一臺穩定度很高的激光器作參考，容易實現。在文獻“PreciseFrequency-DriftMeasurementofExtended-CavityDiode?LaserStabilizedwithScanningTransferCavity”[KensukeMatsubara,satoshiUetake,HiroyukiItoetal.Jpn.J.Appl,Phys.,2005,44(1A):229-230]和“傳輸腔穩頻的397nm半導體激光器”【曲萬成，黃垚，管樺，黃學人，高克林。中國激光，38.0802008（2011）】中指出利用一套傳輸腔和一束參考激光來鎖定一束397nm或者一束866nm激光。由于傳輸腔的腔長會隨著溫度的變化而變化，需要將傳輸腔鎖定在高穩定的參考激光上，再將待穩激光鎖定到傳輸腔上。其裝置由傳輸腔、透鏡、反射鏡、分光鏡、壓電控制器、計算控制器、溫度控制器和光電探測器八部分組成。原理是將參考激光和待穩激光耦合進傳輸腔，利用光電探測器探測參考激光和待穩激光的透射峰信號，通過計算控制器對信號進行處理，得到反饋電壓反饋給激光器，抑制激光器的長漂。用溫度控制器來控制傳輸腔的溫度，抑制傳輸腔腔長漂移。其中計算控制器對信號處理的步驟如下（以λ₁為參考激光，λ₂為待穩激光為例），

步驟1.利用數模轉換器讀取光電探測器的信號，同時讀取傳輸腔的壓電陶瓷三角波掃描電壓信號。

步驟2，根據掃描電壓信號和光電探測器的信號在時間上的對應關系，提取出對應不同掃描電壓值的時刻的光電探測器的信號幅值，并排列成輸入信號數組，作為計算信號。

步驟3，根據實驗者需要，在上述輸入信號數組中設定的參考激光的第一個峰的位置查詢信號的峰值，并獲得峰值的位置，用此位置同設定位置做差，得到傳輸腔的漂移誤差信號。

步驟4，對傳輸腔的漂移誤差信號進行比例積分(PI)計算，計算結果乘以轉換系數后得到腔的反饋電壓信號。

步驟5，利用數模轉換卡將上述腔的反饋電壓信號疊加到傳輸腔的壓電陶瓷的掃描信號上,完成腔的鎖定。

步驟6，在輸入信號數組中，設定待穩激光的峰的位置查詢信號的峰值，并獲得峰值位置，并進行如下計算：

得到待穩激光器誤差信號。

步驟7，對待穩激光器誤差信號做比例積分（PI）計算，計算結果乘以轉換系數后得到λ₂激光器的反饋電壓信號。

步驟8，利用數模轉換卡將上述待穩激光器的反饋電壓信號輸出到λ₂激光器的PZT上，完成對待穩激光器的穩頻。

在傳輸腔穩頻中，需要用到如下技術：

束腰變換。在“激光原理，陳鈺清，王靜環，浙江大學出版社，111-115。”中，高斯光束通過薄透鏡可改變光束束腰的大小和位置。公式如下：

w₀'²/w₀²＝1/[(1-z/f)2+π²w₀⁴/λ²f²]

1-z'/f＝(1-z/f)w₀'²/w₀²

其中z和z'為激光在通過透鏡變換之前和之后的束腰到透鏡的距離，f為透鏡的焦距，w0和w₀'為激光在通過透鏡變換之前和之后的束腰的大小，λ激光波長，入射光束的z和w₀已知，再確定f或者z+z'的值就可以算出出射光束的w₀'和z'。因此，利用透鏡對激光的束腰大小和位置如何進行變換是目前本領域的常規技術。

利用反射鏡與分光鏡將多束激光合光，既不同頻率的多束激光在空間上合成一束激光，是目前本領域的常規技術。