[發明專利]一種基于超穩定F-P腔的精密激光器穩頻電源

有效

• 申請號: 201710705188.3
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107317220B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 全偉;李欣怡;翟躍陽;劉思喆
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H01S5/068
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種基于超穩定F-P腔的精密激光器穩頻電源，其特征在于：包括電流控制子系統(1)、超穩定F-P腔及其溫度控制子系統(2)、激光強度測量子系統(3)、微分穩頻子系統(4)和電流顯示子系統(5)，其中，

電流控制子系統(1)利用模擬電路產生穩定的電流，作為激光器的驅動源，使激光器發光；

超穩定F-P腔及其溫控子系統(2)以F-P腔為核心，把激光將激光的線寬壓窄，F-P腔提供穩定的穩頻參考頻率，同時減少溫度變化對F-P腔腔長的影響，從而使得參考頻率穩定；

激光強度測量子系統(3)利用光電探測模塊測量激光的強度，將光信號轉化成電信號；

微分穩頻子系統(4)首先將激光強度測量模塊所得的電壓信號調制、鑒相、濾波等處理，產生糾偏信號；

電流顯示子系統(5)對激光器的電流進行顯示；

所述的微分穩頻子系統(4)產生三角波掃頻信號、正弦波調制信號AsinΩt，并且通過移相電路得到一個與該正弦波相位相差90度的余弦信號AcosΩt；三角波信號輸入至電流控制子系統進行掃頻，光電探測子系統得到的光譜信號為G(ω)，加入正弦波信號調制后的光譜信號改變為G(ω′)，其中ω′＝ω+AsinΩt+θ，θ為由于電路結構導致的相位誤差；正弦信號AsinΩt、余弦信號AcosΩt和光譜信號G(ω)分別輸入至兩個乘法器，根據傅里葉變換原理，經過低通濾波器濾除高頻信號后分別得到：

其中，ω₀取為光譜信號的任意頻率位置，兩個結果平方相加，再經過開方運算電路之后可以得到誤差信號該誤差信號與調制信號幅度和光譜信號的一次諧波成正比；通過比例積分運算得到誤差信號。

2.根據權利要求1所述的一種基于超穩定F-P腔的精密激光器穩頻電源，其特征在于：微分穩頻子系統(5)得到穩頻所需誤差信號，根據激光器控制電流與光頻率的關系對激光器電流進行反饋至電流控制子系統(1)，通過調整電流大小，穩定激光器頻率；激光器輸出光功率P與外微分量子效率η_d、閾值電流I_th存在以下函數關系：

其中，h為普朗克常數，v為頻率，e為單位電荷量，I為注入電流；而激光器工作溫度影響閾值電流，存在如下關系：

其中，T₀可以取任意溫度值，I₀為T₀溫度下的閾值電流；和將上述公式代入得：

其中，因此激光器頻率隨電流升高而下降，即頻率與電流I存在以下關系：

所述的微分穩頻控制子系統(5)得到誤差信號，引入負反饋至電流控制子系統(1)調整電流，穩定激光頻率。