[發明專利]基于熱電制冷和聲光移頻的單縱模激光器互鎖方法和裝置

有效

• 申請號: 201410308366.5
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104037608B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 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: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/137;H01S3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于熱電制冷和聲光移頻的單縱模激光器互鎖方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)開啟參考單縱模穩頻激光器的電源，經過預熱和穩頻過程后，激光器輸出單個縱模激光，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，分別作為單縱模激光器L_i,i＝1,2,…,n頻率鎖定的參考光束；

(2)開啟單縱模激光器L_i,i＝1,2,…,n的電源，所有單縱模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，利用熱電制冷器對激光器內部的激光管進行加熱，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，利用偏振分光鏡將激光管副輸出端激光中的水平偏振和豎直偏振激光分量分離，其光功率P_i¹,i＝1,2,…,n和P_i²,i＝1,2,…,n分別由光電探測器A和光電探測器B測量得出，穩頻控制模塊根據預熱算法調整熱電制冷器工作電流的正反和大小，使水平偏振激光分量的功率值P_i¹＝0,i＝1,2,…,n，此時激光管主輸出端和副輸出端的激光為豎直偏振的單縱模激光；

(3)預熱過程結束后，單縱模激光器L_i,i＝1,2,…,n進入穩頻控制過程，穩頻控制模塊進一步微調熱電制冷器工作電流的正反和大小，使豎直偏振激光分量的功率值P_i²,i＝1,2,…,n趨于最大值，并且根據穩頻控制算法控制電熱器件的工作電流值，使P_i²,i＝1,2,…,n始終保持為最大值，進而使激光的頻率趨于穩定數值；

(4)將激光管主輸出端的激光記為光束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進入工作頻率為f_i,i＝1,2,…,n的聲光移頻器S_i,i＝1,2,…,n進行移頻，聲光移頻器S_i,i＝1,2,…,n對應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輸出激光再由分光鏡分為強度比為9:1的兩部分光，其中強度相對較大的部分光記為輸出光束Z_i,i＝1,2,…,n，分別作為單縱模激光器L_i,i＝1,2,…,n的輸出激光，強度相對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進行光學混頻形成光學拍頻信號，利用光電探測器將光學拍頻信號轉換為電信號，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，頻率調整模塊根據測量得到的光學拍頻信號的頻率值Δν_i,i＝1,2,…,n，計算得出光束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調整為ν_r–ν_i,i＝1,2,…,n，從而使單縱模激光器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)循環重復步驟(4)到(5)，通過調整聲光移頻器S_i,i＝1,2,…,n的工作頻率f_i,i＝1,2,…,n，使單縱模激光器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。

2.一種基于熱電制冷和聲光移頻的單縱模激光器互鎖裝置，包括激光器電源A(1)、穩頻狀態指示燈(2)、參考單縱模穩頻激光器(3)、光纖分束器(4)，激光器電源A(1)和穩頻狀態指示燈(2)均與參考單縱模穩頻激光器(3)連接，參考單縱模穩頻激光器(3)輸出端與光纖分束器(4)輸入端連接，其特征在于裝置中還包括n≥1個結構相同、呈并聯關系的單縱模激光器L_i,i＝1,2,…,n，其中每一個單縱模激光器L_i,i＝1,2,…,n的裝配結構是：激光器電源B(15)與激光管(5)連接，激光管(5)放置在導熱金屬腔(13)中，激光管(5)與導熱金屬腔(13)之間的空隙填充導熱硅膠層(12)，激光管溫度傳感器(10)放置于導熱硅膠層(12)中，并緊貼激光管(5)外壁，所述激光管溫度傳感器(10)輸出端接穩頻控制模塊(9)，熱電制冷器(11)貼合在導熱金屬腔(13)外壁上，所述熱電制冷器(11)輸入端接穩頻控制模塊(9)，環境溫度傳感器(14)與穩頻控制模塊(9)連接，偏振分光鏡(6)放置在激光管(5)副輸出端后，所述偏振分光鏡(6)兩個輸出端分別放置光電探測器A(7)和光電探測器B(8)，二者的輸出端都與穩頻控制模塊(9)連接，聲光移頻器(16)放置在激光管(5)主輸出端前，分光鏡(17)放置在聲光移頻器(16)與光纖合束器(18)的一個輸入端之間，光纖合束器(18)的另一個輸入端與光纖分束器(4)的輸出端之一連接，檢偏器(19)放置在光纖合束器(18)的輸出端與光電探測器C(20)之間，光電探測器C(20)、頻率測量模塊(21)、頻率調整模塊(22)、聲光移頻器(16)依次連接，鎖頻狀態指示燈(23)與頻率調整模塊(22)連接。