[發(fā)明專利]基于熱穩(wěn)頻和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410308229.1
• 申請(qǐng)日: 2014-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN104051946B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付海金;譚久彬;胡鵬程
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/13
• 分類號(hào): H01S3/13
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于熱穩(wěn)頻和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)開啟參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器的電源，經(jīng)過預(yù)熱和穩(wěn)頻過程后，激光器輸出正交偏振的兩個(gè)激光分量，利用偏振分光鏡分離出其中一個(gè)激光分量作為參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器的輸出光，其光波頻率記為ν_r，此輸出光由光纖分束器分離成n≥1路，記為光束X_i,i＝1,2,…,n，分別作為縱向塞曼激光器L_i,i＝1,2,…,n頻率鎖定的參考光束；

(2)開啟縱向塞曼激光器L_i,i＝1,2,…,n的電源，所有縱向塞曼激光器同時(shí)進(jìn)入預(yù)熱過程，測量當(dāng)前環(huán)境的溫度值，據(jù)此設(shè)定預(yù)熱的目標(biāo)溫度T_set，且T_set高于環(huán)境溫度，利用電熱器對(duì)放置于縱向磁場中的激光管進(jìn)行加熱，使激光管的溫度趨于預(yù)先設(shè)定的溫度值T_set并達(dá)到熱平衡狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)預(yù)熱算法微調(diào)電熱器的電流值，使激光管工作于單縱模光輸出狀態(tài)，該單縱模光在縱向磁場作用下分裂為左旋和右旋圓偏振兩個(gè)激光分量，并從激光管的主輸出端和副輸出端輸出；

(3)縱向塞曼激光器L_i,i＝1,2,…,n在預(yù)熱過程結(jié)束后進(jìn)入穩(wěn)頻控制過程，激光管副輸出端的左旋和右旋圓偏振光經(jīng)1/4波片轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷フ坏木€偏振光，并由渥拉斯頓棱鏡進(jìn)行分離，其光功率P_i¹,i＝1,2,…,n和P_i²,i＝1,2,…,n由二象限光電探測器測量得出，穩(wěn)頻控制模塊計(jì)算出兩個(gè)激光分量的功率之差ΔP_i＝P_i¹–P_i²,i＝1,2,…,n，并根據(jù)ΔP_i,i＝1,2,…,n的正負(fù)和大小調(diào)整電熱器件的電流值，使ΔP_i,i＝1,2,…,n趨于零，進(jìn)而使激光的頻率趨于穩(wěn)定數(shù)值；

(4)激光管主輸出端的左旋和右旋圓偏振光由1/4波片轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)相互正交的線偏振激光，并利用偏振分光鏡分離出其中一個(gè)線偏振激光分量，記為光束T_i,i＝1,2,…,n，所述光束T_i,i＝1,2,…,n頻率記為ν_i,i＝1,2,…,n，光束T_i,i＝1,2,…,n分別進(jìn)入工作頻率為f_i,i＝1,2,…,n的聲光移頻器S_i,i＝1,2,…,n進(jìn)行移頻，聲光移頻器S_i,i＝1,2,…,n對(duì)應(yīng)的輸出激光的頻率記為ν_i+f_i,i＝1,2,…,n，所述聲光移頻器S_i,i＝1,2,…,n對(duì)應(yīng)的輸出激光再由分光鏡分為強(qiáng)度比為9:1的兩部分光，其中強(qiáng)度相對(duì)較大的部分光記為輸出光束Z_i,i＝1,2,…,n，分別作為縱向塞曼激光器L_i,i＝1,2,…,n的輸出激光，強(qiáng)度相對(duì)較小的部分光記為光束Y_i,i＝1,2,…,n；

(5)將光束X_i,i＝1,2,…,n分別與光束Y_i,i＝1,2,…,n進(jìn)行光學(xué)混頻形成光學(xué)拍頻信號(hào)，利用光電探測器將光學(xué)拍頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其頻率值Δν_i＝ν_i+f_i–ν_r,i＝1,2,…,n由頻率測量模塊測得，頻率調(diào)整模塊根據(jù)測量得到的光學(xué)拍頻信號(hào)的頻率值Δν_i,i＝1,2,…,n，計(jì)算得出光束X_i,i＝1,2,…,n和Y_i,i＝1,2,…,n的頻率差值ν_r–ν_i＝f_i–Δν_i,i＝1,2,…,n，并將聲光移頻器S_i,i＝1,2,…,n的工作頻率f_i,i＝1,2,…,n調(diào)整為ν_r–ν_i,i＝1,2,…,n，從而使縱向塞曼激光器L_i,i＝1,2,…,n輸出光束Z_i,i＝1,2,…,n的頻率等于參考光束X_i,i＝1,2,…,n的頻率，即ν_i+f_i＝ν_r,i＝1,2,…,n；

(6)循環(huán)重復(fù)步驟(4)到(5)，通過調(diào)整聲光移頻器S_i,i＝1,2,…,n的工作頻率f_i,i＝1,2,…,n，使縱向塞曼激光器L_i,i＝1,2,…,n的輸出光束Z_i,i＝1,2,…,n的頻率始終鎖定于同一頻率值ν_r。

2.一種基于熱穩(wěn)頻和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻裝置，包括激光器電源A(1)、穩(wěn)頻狀態(tài)指示燈(2)、參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器(3)、偏振分光鏡A(4)、光纖分束器(5)，激光器電源A(1)和穩(wěn)頻狀態(tài)指示燈(2)均與參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器(3)相連，偏振分光鏡A(4)放置在參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器(3)輸出端與光纖分束器(5)輸入端之間，其特征在于裝置中還包括n≥1個(gè)結(jié)構(gòu)相同、呈并聯(lián)關(guān)系的縱向塞曼激光器L_i,i＝1,2,…,n，其中每一個(gè)縱向塞曼激光器L_i,i＝1,2,…,n的裝配結(jié)構(gòu)是：激光器電源B(15)與激光管(6)連接，激光管(6)放置在圓筒形縱向磁場模塊(7)中，其軸線與磁場方向平行，電熱器(13)纏繞在激光管(6)外壁上，所述電熱器(13)輸入端接穩(wěn)頻控制模塊(11)，激光管溫度傳感器(12)粘附在激光管(6)外壁上，所述激光管溫度傳感器(12)輸出端接穩(wěn)頻控制模塊(11)，環(huán)境溫度傳感器(14)與穩(wěn)頻控制模塊(11)連接，1/4波片A(8)、渥拉斯頓棱鏡(9)和二象限光電探測器(10)依次放置在激光管(6)副輸出端后，二象限光電探測器(10)的輸出端與穩(wěn)頻控制模塊(11)連接，1/4波片B(16)、偏振分光鏡B(17)和聲光移頻器(18)依次放置在激光管(6)主輸出端前，分光鏡(19)放置在聲光移頻器(18)與光纖合束器(20)的一個(gè)輸入端之間，光纖合束器(20)的另一個(gè)輸入端與光纖分束器(5)的輸出端之一連接，檢偏器(21)放置在光纖合束器(20)的輸出端與高速光電探測器(22)之間，高速光電探測器(22)、頻率測量模塊(23)、頻率調(diào)整模塊(24)、聲光移頻器(18)依次連接，鎖頻狀態(tài)指示燈(25)與頻率調(diào)整模塊(24)連接。