[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201410308366.5
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104037608B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付海金;譚久彬;胡鵬程
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于熱電制冷和聲光移頻的單縱模激光器互鎖方法及其裝置。

背景技術(shù)

近年來，以光刻機和數(shù)控機床為代表的超精密測量與加工技術(shù)朝著大尺度、高精度、多空間自由度同步測量方向發(fā)展，對激光干涉測量系統(tǒng)的總激光功率消耗急劇增加，遠(yuǎn)超過單臺穩(wěn)頻激光器的輸出激光功率，因此需要同時采用多臺穩(wěn)頻激光器進行組合測量。然而，不同穩(wěn)頻激光器在相對頻率穩(wěn)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(tǒng)不同空間自由度的測量精度、波長基準(zhǔn)和空間坐標(biāo)不一致的問題，從而影響整個多維激光干涉測量系統(tǒng)的綜合測量精度。為了保證激光干涉測量系統(tǒng)的綜合測量精度，要求組合使用的多臺穩(wěn)頻激光器的頻率一致性要達(dá)到10^-8，因此穩(wěn)頻激光器之間的頻率一致性已經(jīng)成為超精密測量與加工技術(shù)發(fā)展亟需解決的關(guān)鍵問題之一。

目前應(yīng)用于激光干涉測量系統(tǒng)的穩(wěn)頻激光光源主要有雙縱模穩(wěn)頻激光器、橫向塞曼穩(wěn)頻激光器和縱向塞曼激光器等，這類激光器在穩(wěn)頻基準(zhǔn)上以激光增益曲線的中心頻率作為穩(wěn)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(wěn)頻激光器在物理參數(shù)上無法做到高度一致，故其穩(wěn)頻控制的參考頻率存在差異，從而導(dǎo)致多臺穩(wěn)頻激光器輸出激光的頻率一致性較低，只能到達(dá)10^-6～10^-7。

為了解決穩(wěn)頻激光器之間的頻率一致性較差的問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出一種雙縱模激光器偏頻鎖定方法(中國專利申請?zhí)朇N200910072517、CN200910072518、CN200910072519和CN200910072523)，該方法以一臺碘穩(wěn)頻激光器或雙縱模激光器輸出激光的頻率作為基準(zhǔn)，其余多臺雙縱模激光器相對于基準(zhǔn)頻率偏移一定的數(shù)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(diào)整激光器的內(nèi)部工作參數(shù)，一方面由于調(diào)整的方式屬于間接調(diào)整，系統(tǒng)的響應(yīng)速度相對比較遲緩，另一方面由于每個激光器的特性參數(shù)存在一定差異，激光器內(nèi)部工作參數(shù)的改變可能會對激光的頻率穩(wěn)定度產(chǎn)生不良影響，嚴(yán)重的情況甚至?xí)?dǎo)致激光器失鎖。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種基于熱電制冷和聲光移頻的單縱模激光器互鎖方法，其目的是結(jié)合聲光移頻器的移頻特性和熱電制冷的單縱模穩(wěn)頻激光器的優(yōu)點，為超精密加工與測量技術(shù)提供一種波長一致性優(yōu)良的激光光源。本發(fā)明還提供了一種基于熱電制冷和聲光移頻的單縱模激光器互鎖裝置。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于熱電制冷和聲光移頻的單縱模激光器互鎖方法，該方法包括以下步驟：

(1)開啟參考單縱模穩(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(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，利用熱電制冷器對激光器內(nèi)部的激光管進行加熱，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)，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(wěn)頻控制模塊根據(jù)預(yù)熱算法調(diào)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；