[發(fā)明專利]一種窄線寬長時頻率穩(wěn)定的染料激光器及其穩(wěn)頻方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410619134.1
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104409963B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴大鵬;夏勇;方銀飛;尹燕寧;楊秀秀;李興佳;杜向麗;張慧;徐素鵬;印建平
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號: H01S3/20
• 分類號: H01S3/20;H01S3/13
• 代理公司: 上海麥其知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)31257
• 代理人: 董紅曼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)計一種窄線寬長時頻率穩(wěn)定的染料激光器及其穩(wěn)頻方法。

背景技術(shù)

自從激光器的出現(xiàn)以來，由于很多實驗以及場合需要使用頻率穩(wěn)定度很高的激光，所以激光器的穩(wěn)頻技術(shù)一直是人們關(guān)注的技術(shù)之一。目前人們已經(jīng)發(fā)展了很多種不同原理的激光穩(wěn)頻技術(shù)，例如原子分子飽和吸收穩(wěn)頻技術(shù)，PDH穩(wěn)頻技術(shù)等等。其中飽和吸收穩(wěn)頻技術(shù)只能將激光器穩(wěn)定在特定的原子、分子的吸收線上，可以實現(xiàn)激光頻率的長時穩(wěn)定；而PDH穩(wěn)頻技術(shù)需要使用高精細(xì)度的穩(wěn)定腔體作為穩(wěn)頻的媒介，可以實現(xiàn)對激光線寬進(jìn)行壓窄。

染料激光器是一種以染料為增益介質(zhì)的激光器，它以在很寬的波段內(nèi)可連續(xù)調(diào)諧的優(yōu)點在很多的領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，例如原子分子物理領(lǐng)域，醫(yī)療領(lǐng)域等等。雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜的環(huán)形染料激光器可以輸出單或者多縱模激光，但是還是存在著長時頻率漂移大的缺點，而且沒有反饋控制時，輸出激光的線寬可以達(dá)到幾十MHz。目前染料激光器通常采用了PDH的穩(wěn)頻方式將染料激光鎖定在了相對穩(wěn)定的參考腔上，這使得染料激光器的線寬得到壓窄，短時間頻率穩(wěn)定度得到了提高，但是長時頻率漂移仍未解決。染料激光器還可以直接鎖定到碘分子或者原子的躍遷譜線上，激光的長時漂移得到的解決，但是輸出激光的線寬沒有得到壓窄，而且在鎖定條件下輸出激光波長不能連續(xù)調(diào)諧。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中染料激光器無法同時保持窄線寬和長時頻率穩(wěn)定的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種全新的窄線寬長時頻率穩(wěn)定的染料激光器及其穩(wěn)頻方法，使得染料激光器的頻率長時漂移和激光線寬得到了控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種窄線寬長時頻率穩(wěn)定的染料激光器，包括：參考用激光發(fā)生器、染料激光器、參考腔、偏振分束器、傳輸腔、光探測器、數(shù)據(jù)采集卡、處理器、信號加法器和函數(shù)發(fā)生器；所述參考用激光發(fā)生器輸出的參考用激光束輸入所述偏振分束器，所述染料激光器輸出的染料激光束輸入所述參考腔，所述參考腔用于壓窄所述染料激光束的線寬，所述參考腔的輸出正對于所述偏振分束器的輸入，所述偏振分束器的輸出正對于所述傳輸腔的輸入，所述傳輸腔的輸出正對于所述光探測器的采樣端，所述光探測器與所述數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入端建立連接，所述數(shù)據(jù)采集卡的PCI端口與所述處理器連接，所述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端分別與所述參考腔和所述信號加法器的輸入連接，所述函數(shù)發(fā)生器與所述信號加法器的輸入連接，向所述信號加法器輸出函數(shù)信號，所述信號加法器根據(jù)所述函數(shù)電壓向所述傳輸腔施加三角波掃描電壓，所述數(shù)據(jù)采集卡采集所述光探測器的探測到的參考用激光和染料激光的透射峰信號，所述處理器測得所述參考用激光束和所述染料激光束的透射峰數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集卡輸出偏置電壓信號至所述信號加法器的輸入端以鎖定參考用激光束的透射峰位置，同時所述數(shù)據(jù)采集卡根據(jù)透射峰數(shù)據(jù)輸出負(fù)反饋電壓傳輸至所述參考腔的壓電陶瓷上，在所述參考腔內(nèi)形成負(fù)反饋控制回路，用于將所述參考用激光束頻率長時穩(wěn)定性傳輸至所述染料激光束，本發(fā)明通過結(jié)合上述兩種穩(wěn)頻方法使所述參考腔輸出窄線寬長時頻率穩(wěn)定的染料激光束。

本發(fā)明提出的所述窄線寬長時頻率穩(wěn)定的染料激光器中，所述參考用激光發(fā)生器包括參考用激光器、光隔離器、第一半波片、第一反射鏡、第二反射鏡；所述參考用激光器輸出的參考用激光束輸入所述光隔離器，所述光隔離器的輸出正對于所述第一半波片，所述第一半波片輸出正對于所述第一反射鏡，所述第一反射鏡的輸出經(jīng)過所述第二反射鏡的反射將所述參考用激光束輸入所述偏振分束器。

本發(fā)明提出的所述窄線寬長時頻率穩(wěn)定的染料激光器中，染料激光器包括染料激光泵浦單元、環(huán)形腔、第二半波片和半透半反鏡；所述染料激光泵浦單元輸出的染料激光束輸入所述環(huán)形腔，所述環(huán)形腔的輸出正對于所述參考腔的輸入，所述參考腔的輸出透過所述第二半波片輸入所述半透半反鏡，所述半透半反鏡將部分染料激光束反射至所述偏振分束器，另一部分染料激光束用于透射輸出。

本發(fā)明提出的所述窄線寬長時頻率穩(wěn)定的染料激光器中，所述處理器配置基于Labview的程序，用于探測所述參考用激光束和所述染料激光束的透射峰和計算負(fù)反饋電壓。

本發(fā)明提出的所述窄線寬長時頻率穩(wěn)定的染料激光器中，所述傳輸腔為法布里-波羅腔。

本發(fā)明提出了一種染料激光器的穩(wěn)頻方法，通過結(jié)合兩種穩(wěn)頻方法生成窄線寬長時頻率穩(wěn)定的染料激光束，其主要包括如下步驟：

步驟一：將輸出的參考用激光束和染料激光束合束并輸入傳輸腔，在所述傳輸腔的壓電陶瓷上施加三角波掃描電壓，經(jīng)掃描后的所述參考用激光束和所述染料激光束輸入光探測器；