[發明專利]基于熱穩頻和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法和裝置

有效

• 申請號: 201410308229.1
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104051946B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 付海金;譚久彬;胡鵬程
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于激光應用技術領域，特別是一種基于熱穩頻和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法及其裝置。

背景技術

近年來，以光刻機和數控機床為代表的超精密測量與加工技術朝著大尺度、高精度、多空間自由度同步測量方向發展，對激光干涉測量系統的總激光功率消耗急劇增加，遠超過單臺穩頻激光器的輸出激光功率，因此需要同時采用多臺穩頻激光器進行組合測量。然而，不同穩頻激光器在相對頻率穩定度、激光波長值、波長漂移方向等方面存在差異，這將帶來激光干涉測量系統不同空間自由度的測量精度、波長基準和空間坐標不一致的問題，從而影響整個多維激光干涉測量系統的綜合測量精度。為了保證激光干涉測量系統的綜合測量精度，要求組合使用的多臺穩頻激光器的頻率一致性要達到10^-8，因此穩頻激光器之間的頻率一致性已經成為超精密測量與加工技術發展亟需解決的關鍵問題之一。

目前應用于激光干涉測量系統的穩頻激光光源主要有雙縱模穩頻激光器、橫向塞曼穩頻激光器和縱向塞曼激光器等，這類激光器在穩頻基準上以激光增益曲線的中心頻率作為穩頻控制的參考頻率，而激光增益曲線的中心頻率隨工作氣體氣壓和放電條件而改變，且多臺穩頻激光器在物理參數上無法做到高度一致，故其穩頻控制的參考頻率存在差異，從而導致多臺穩頻激光器輸出激光的頻率一致性較低，只能到達10^-6～10^-7。

為了解決穩頻激光器之間的頻率一致性較差的問題，哈爾濱工業大學提出一種雙縱模激光器偏頻鎖定方法(中國專利申請號CN200910072517、CN200910072518、CN200910072519和CN200910072523)，該方法以一臺碘穩頻激光器或雙縱模激光器輸出激光的頻率作為基準，其余多臺雙縱模激光器相對于基準頻率偏移一定的數值進行鎖定，從而使多臺雙縱模激光器的輸出激光具有相同的波長(頻率)，但是該方法在激光頻率的鎖定過程中，需要調整激光器的內部工作參數，一方面由于調整的方式屬于間接調整，系統的響應速度相對比較遲緩，另一方面由于每個激光器的特性參數存在一定差異，激光器內部工作參數的改變可能會對激光的頻率穩定度產生不良影響，嚴重的情況甚至會導致激光器失鎖。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提出一種基于熱穩頻和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法，其目的是結合聲光移頻器的移頻特性和熱穩頻的縱向塞曼穩頻激光器的優點，為超精密加工與測量技術提供一種波長一致性優良的激光光源。本發明還提供了一種基于熱穩頻和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻裝置。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種基于熱穩頻和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法，該方法包括以下步驟：

(1)開啟參考縱向塞曼穩頻激光器的電源，經過預熱和穩頻過程后，激光器輸出正交偏振的兩個激光分量，利用偏振分光鏡分離出其中一個激光分量作為參考縱向塞曼穩頻激光器的輸出光，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進入預熱過程，測量當前環境的溫度值，據此設定預熱的目標溫度T_set，且T_set高于環境溫度，利用電熱器對放置于縱向磁場中的激光管進行加熱，使激光管的溫度趨于預先設定的溫度值T_set并達到熱平衡狀態，在此基礎上根據預熱算法微調電熱器的電流值，使激光管工作于單縱模光輸出狀態，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激光分量，并從激光管的主輸出端和副輸出端輸出；