[發明專利]一種基于亞自然線寬光譜的激光穩頻裝置及方法

有效

• 申請號: 202010074202.6
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111244754B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 梁尚清;楊國卿;王琳
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01S5/0687
• 分類號: H01S5/0687;H01S5/068;H01S5/0683
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

1.一種基于亞自然線寬光譜的激光穩頻裝置，其特征在于由激光光源（1）、亞自然線寬光譜產生光路（2）、信號處理電路（3）構成，并依次通過激光光路連接；

所述激光光源（1）由半導體激光器（4）、激光器控制電路（5）、偏振片（6）構成；激光器控制電路（5）控制半導體激光器（4）發射出激光，激光依次透過偏振片（6）、亞自然線寬光譜產生光路（2）；

所述亞自然線寬光譜產生光路（2）由偏振分束棱鏡（9）、二分之一波片（10）、反射鏡組（11）、原子氣室（12）構成；

激光光源（1）發射出的激光透過偏振分束棱鏡（9）后分為探測光（13）與泵浦光（14）；探測光（13）透過原子氣室（12）后被信號處理電路（3）接收；泵浦光（14）依次經過二分之一波片（10）、反射鏡組（11）、原子氣室（12）；泵浦光（14）經過二分之一波片（10）后的偏振方向與探測光（13）的偏振方向存在一定非零夾角，泵浦光（14）在原子氣室（12）中的傳播路徑與探測光（13）在原子氣室（12）中的傳播路徑部分重疊且傳播方向相反，泵浦光（14）與探測光（13）同時耦合堿金屬原子基態多個能級，形成低于堿金屬原子自然線寬的亞自然線寬光譜；

所述的信號處理電路（3）由光電探測器（16）、反饋控制器（17）構成；光電探測器（16）采集透過亞自然線寬光譜產生光路（2）的探測光（13）產生的電信號，然后傳遞給反饋控制器（17）處理，由反饋控制器（17）對激光器控制電路（5）進行反饋控制。

2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述激光器控制電路（5）由電流源（7）、溫度控制器（8）構成，其中電流源（7）給半導體激光器（4）提供電流，溫度控制器（8）控制半導體激光器（4）達到所需溫度，溫度控制器（8）接收半導體激光器（4）反饋的實時溫度值。

3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于原子氣室（12）由包含堿金屬飽和蒸汽且不包含其他緩沖氣體的玻璃泡構成。

4.基于權利要求1-3任一所述裝置的調節方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟（1）、調節激光穩頻裝置中的激光光源（1）：

首先調節激光器控制電路（5）中電流源（7）、溫度控制器（8），保持半導體激光器（4）發射出的激光波長穩定，且保持半導體激光器（4）發射出的激光波長與亞自然線寬光譜產生光路（2）中堿金屬原子基態能級共振；將偏振片（6）垂直置于激光光束方向，使得半導體激光器（4）發出的激光轉變為線偏振激光；

步驟（2）、調節激光穩頻裝置中的亞自然線寬光譜產生光路（2）：

將偏振分束棱鏡（9）垂直置于激光光束傳播方向，調節偏振片（6），使得由激光光源（1）發出的線偏振激光分為偏振方向垂直的泵浦光（14）和探測光（13）；探測光（13）經過原子氣室（12），與原子氣室（12）中裝載的堿金屬原子相互作用；將二分之一波片（10）垂直置于泵浦光（14）傳播方向，調節二分之一波片（10），使得泵浦光（14）偏振方向與探測光（13）偏振方向呈非零夾角；調節反射鏡組（11），使得經過二分之一波片（10）的泵浦光（14）經過原子氣室（12），并與探測光（13）在原子氣室（12）中的傳播路徑部分重疊且傳播方向相反；

步驟（3）、調節激光穩頻裝置中的信號處理電路（3）：

光電探測器（16）將經過原子氣室（12）的探測光（13）的光強值轉變成電壓值，電壓值與激光光源（1）發出的激光頻率的關系如公式(1)：

(1)；

其中，Y為電壓值，X為激光頻率，是圓周率，為比例系數，是定值，為光譜線寬，為堿金屬原子基態能級共振頻率；

調節亞自然線寬光譜產生光路（2）中的二分之一波片（10），使得公式(1)中的小于堿金屬原子基態能級的自然線寬，從而獲得亞自然線寬光譜；

調節反饋控制器（17），使得反饋控制器（17）根據公式(1)對激光光源（1）中的激光器控制電路（5）進行反饋控制，保證激光光源（1）輸出的激光頻率X等于堿金屬原子基態能級共振頻率，此時穩頻后的激光線寬小于堿金屬原子基態能級的自然線寬。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于原子氣室中僅包含堿金屬原子，不包含任何緩沖氣體。