[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

本發明公開了一種基于超穩定F?P腔的精密激光器穩頻電源，集成了電流控制子系統、超穩定F?P腔(法布里?珀羅腔)及其溫度控制子系統、激光強度測量子系統、微分穩頻子系統、電流顯示子系統；其中，電流控制子系統利用模擬電路產生恒定可調的電流；超穩定F?P腔及其溫度控制子系統通過精密的溫度控制穩定F?P腔腔長，壓窄激光線寬，提供參考頻率；激光強度測量子系統探測激光的強度；微分穩頻子系統首先將激光強度測量模塊所得的信號進行處理，產生誤差信號反饋至電流控制子系統，提高激光頻率的穩定度；電流顯示子系統顯示激光器的電流大小。本發明提供的基于超穩定F?P腔的精密激光器穩頻電源能夠提供穩定可調的電流，顯著提高激光器的穩頻穩定度。

技術領域

本發明涉及激光器穩頻電源的技術領域，具體涉及一種基于超穩定F-P腔的精密激光器穩頻電源，適用于對激光器頻率穩定性有嚴格要求的應用領域。

背景技術

隨著國民經濟的發展，半導體激光器在工業生產和實驗研究方面得到了極大的關注。特別是近年來，激光器作為原子物理實驗的關鍵部件，使得利用原子的超精細能級、自旋特性和能級量子化等的磁光阱技術、冷原子技術成為可能。半導體激光器的頻率穩定性將直接影響系統的性能，而激光器的頻率穩定性依賴于驅動電源的穩定度，因此提高激光驅動電源性能迫在眉睫。

半導體激光器穩頻電源的核心在于電流控制系統和頻率穩定系統。通常，電流控制模塊很難有一個普適性的電路或方法，根據具體需求的不同，電流控制的方法與相應電路也不相同，但對于任何激光器驅動電路而言，其基本結構都應是可調的恒流源，且噪聲低，并具有軟啟動、關斷以及防止浪涌的功能。雖然目前國內外對于激光器電流控制的研究已經取得了相當的進展，但是對于需要對激光器進行高精度控制的場合，比如原子物理實驗等，仍然需要進一步提高其穩定度，降低激光器的線寬。一般商用的激光器頻率穩定系統只包含電路模塊，需要實驗人員手動搭建光路提供穩頻所需的參考頻率，對實驗者的專業性提出了很高的要求，也導致了整個系統體積較大，結構復雜，操作困難。同時，目前常見的驅動電源只包括電流控制系統，如果需要提高激光頻率穩定度，需要額外購買或研制額外的穩頻系統，體積龐大，成本較高，因此有必要將電流控制系統和頻率穩定系統的各個模塊集成為穩頻電源。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種高精度的激光器穩頻電源，穩定可靠，集成度高。

本發明的技術解決方案是：一種基于超穩定F-P腔的精密激光器穩頻電源，包括電流控制子系統、超穩定F-P腔及其溫度控制子系統、激光強度測量子系統、微分穩頻子系統和電流顯示子系統，其中：

電流控制子系統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；

電流顯示子系統對激光器的電流進行顯示。

進一步地，所述的微分穩頻子系統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：