[發明專利]光腔長度穩定系統及方法

有效

• 申請號: 201710154244.9
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN108627244B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 郭瑞民;曹珂;沈慶飛;武彤
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/42
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 蘇培華

1.一種光腔長度穩定系統，其特征在于，應用于光腔結構，且所述光腔長度穩定系統包括溫度控制單元，所述溫度控制單元包括控制單元、溫度采樣單元、加熱驅動電路以及控溫箱，其中，

所述光腔結構設置在所述控溫箱內部；

所述控溫箱用于確保所述光腔結構的溫度穩定在預設溫度范圍內；

所述加熱驅動電路與所述控溫箱連接，并用于驅動所述控溫箱；

所述控制單元與所述溫度采樣單元連接，且所述控制單元用于處理所述溫度采樣單元采集的數據并控制所述加熱驅動電路的通斷；

所述控溫箱內壁帶有加熱片，加熱片的分布和功率通過模擬仿真決定，具體模擬仿真的步驟包括：建立所述控溫箱模型，所述控溫箱模型四個側面內壁上的所述加熱片功率設置為相同，兩個底面內壁上的所述加熱片功率設置為相同；利用有限元分析方法將所述控溫箱模型進行網格劃分，模擬所述加熱片進行加熱，得到控溫箱體內初步的溫度分布；利用參數化掃描方法，按照設定的規律和參數范圍，將符合該范圍的所述加熱片的功率數值核算一遍，得出在箱體內部溫度分布最均勻時所對應的所述加熱片功率；

所述光腔長度穩定系統還包括腔長反饋控制單元，所述腔長反饋控制單元包括參考激光器、聲光調制單元、模式匹配單元、分光器、光電探測器以及反饋單元，其中，

所述參考激光器用于發射激光，所述激光具有穩定的頻率；

所述聲光調制單元用于調制所述激光的頻率；

所述模式匹配單元用于確保所述激光在所述光腔結構中形成共振；

所述分光器用于將從所述光腔結構中射出的光分為兩束，且使得其中一束進入所述光電探測器；

所述光電探測器用于將光信號轉變為電信號；

所述反饋單元用于獲得誤差信號，并將所述誤差信號反饋到壓電陶瓷上，且所述壓電陶瓷設置于所述光腔結構的進光口；

所述反饋單元包括通過連接線依次連接的鎖相放大器、比例積分調節器、低通濾波器以及壓電陶瓷控制單元，其中，

所述鎖相放大器用于檢測特定頻率的信號強弱；

所述比例積分調節器用于將所述鎖相放大的電信號進行比例積分處理；

所述低通濾波器用于容許低于特定頻率的信號通過并禁止高于特定頻率的信號通過；

所述壓電陶瓷控制單元用于根據誤差信號的電壓大小來確定壓電陶瓷的移動距離。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述溫度采樣單元包括溫度傳感器、采樣電路及數據采集單元，其中，

所述溫度傳感器一端連接至光腔結構用于采集光腔結構的溫度、另一端連接至采樣電路的一端；

所述采樣電路的另一端連接至數據采集單元的一端；

所述控制單元與所述數據采集單元的另一端連接，且所述控制單元用于處理所述數據采集單元采集的數據并控制所述加熱驅動電路的通斷。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述加熱驅動電路包括固態繼電器及光電隔離電路，且所述光電隔離電路設置于所述控制單元與所述固態繼電器之間。

4.一種光腔長度穩定方法，其特征在于，應用于光腔結構，所述光腔結構包括壓電陶瓷，且包括下述步驟：

采集光腔結構的溫度值；

計算出采集到的溫度值與預設溫度之間的差值和/或變化率；

將所述差值和/或變化率作為溫度誤差信號反饋給控制單元；

控制單元通過控制加熱驅動電路的通斷以實現光腔結構的溫度穩定在預設溫度范圍內；

在所述控制單元通過控制加熱驅動電路的通斷以實現光腔結構的溫度穩定在預設溫度范圍內的同時，所述方法還包括下述步驟：

利用參考激光器發出具有特定頻率的激光；

利用聲光調制單元對所述激光進行調制，并確保所述激光沿特定路徑傳播；

利用模式匹配單元確保激光在光腔結構內形成共振；

利用分光器將從所述光腔結構中射出的光分為兩束，且使得其中一束進入光電探測器；

利用光電探測器將光信號轉變為電信號；

將所述電信號發送至反饋單元并利用所述反饋單元獲得誤差信號；

將所述誤差信號反饋到設置于光腔結構進光口的壓電陶瓷上；

調節壓電陶瓷的前后移動并實現對光腔長度的調節。