[發(fā)明專利]基于雙折射標(biāo)準(zhǔn)具鎖定的單頻連續(xù)波可調(diào)諧鈦寶石激光器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110434548.7
• 申請(qǐng)日: 2021-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN113140947B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 靳丕铦;盧華東;蘇靜;彭堃墀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/00
• 分類號(hào): H01S3/00;H01S3/086
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉鳳玲

本發(fā)明涉及一種基于雙折射標(biāo)準(zhǔn)具鎖定的單頻連續(xù)波可調(diào)諧鈦寶石激光器，包括泵浦源、位于泵浦源出射光路上的光束耦合系統(tǒng)和位于光束耦合系統(tǒng)出射光路上的激光諧振腔；激光諧振腔內(nèi)設(shè)有與主光路成一定夾角的雙折射標(biāo)準(zhǔn)具；雙折射標(biāo)準(zhǔn)具的反射光路上依次設(shè)有平面反射鏡、第一透鏡、四分之一波片和偏振分束器；偏振分束器的反射光路上設(shè)有第二透鏡和第一光電探測(cè)器；偏振分束器的透射光路上設(shè)有第三透鏡和第二光電探測(cè)器；第一光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器的輸出端連接伺服控制器；伺服控制器的信號(hào)輸出端連接振鏡電機(jī)；雙折射標(biāo)準(zhǔn)具粘接在振鏡電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。本發(fā)明能夠避免額外調(diào)制信號(hào)對(duì)激光器噪聲特性的影響，實(shí)現(xiàn)低噪聲的可調(diào)諧鈦寶石激光器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈦寶石激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于雙折射標(biāo)準(zhǔn)具鎖定的單頻連續(xù)波可調(diào)諧鈦寶石激光器。

背景技術(shù)

基于摻鈦藍(lán)寶石晶體研制而成的單頻連續(xù)波可調(diào)諧鈦寶石激光器具有強(qiáng)度噪聲低、穩(wěn)定性高、光束質(zhì)量好且輸出激光光譜范圍可覆蓋鉀、銣、銫等堿金屬原子的躍遷吸收線(700nm-1000nm的紅光和近紅外波段)等優(yōu)良特性，因此被廣泛應(yīng)用于基于原子的冷原子物理及量子光學(xué)等科學(xué)研究領(lǐng)域。在這些基于原子的研究領(lǐng)域，往往需要精確調(diào)節(jié)激光器的輸出頻率，使其與原子躍遷吸收線精確匹配，這就需要鈦寶石激光器具有一定的頻率連續(xù)調(diào)諧能力。為了實(shí)現(xiàn)鈦寶石激光器的連續(xù)調(diào)諧，通常需要將激光器諧振腔內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)具與激光諧振腔的振蕩模實(shí)時(shí)鎖定在一起并連續(xù)掃描諧振腔的腔長(zhǎng)。鎖定標(biāo)準(zhǔn)具最常用的方法是基于壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的調(diào)制鎖定方法。在這種方法中，標(biāo)準(zhǔn)具鎖定的實(shí)施方式是：將薄片標(biāo)準(zhǔn)具粘貼在一個(gè)安裝于支架上的壓電陶瓷上，支架固定在振鏡電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，通過給壓電陶瓷施加調(diào)制信號(hào)使標(biāo)準(zhǔn)具產(chǎn)生微小角度的振動(dòng)，利用光電探測(cè)器探測(cè)其反射光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，與本地振蕩信號(hào)混頻產(chǎn)生誤差信號(hào)，控制振鏡電機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)來控制標(biāo)準(zhǔn)具的角度。在這種鎖定裝置中，為得到較好的誤差信號(hào)，施加的調(diào)制信號(hào)的頻率需固定在壓電陶瓷的固有頻率處，這一調(diào)制信號(hào)增大了激光器在對(duì)應(yīng)頻率處的強(qiáng)度噪聲，從而影響激光器在這一頻段處的強(qiáng)度噪聲的抑制，限制了該類型激光器在精密測(cè)量等領(lǐng)域的應(yīng)用。另外一種實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)具鎖定的方法是基于電光標(biāo)準(zhǔn)具的調(diào)制鎖定方法，在該方法中，腔內(nèi)插入的標(biāo)準(zhǔn)具由電光晶體材料制成，調(diào)制信號(hào)通過電場(chǎng)形式施加在晶體上，利用晶體的電光效應(yīng)對(duì)腔內(nèi)光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)制，利用光電探測(cè)器探測(cè)這一調(diào)制信號(hào)，并與本地振蕩信號(hào)混頻產(chǎn)生誤差信號(hào)，控制旋轉(zhuǎn)振鏡電機(jī)的轉(zhuǎn)軸來控制標(biāo)準(zhǔn)具的角度，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)具的鎖定。在這種鎖定方式中，由于晶體電光效應(yīng)與調(diào)制信號(hào)頻率無關(guān)，因此，調(diào)制信號(hào)的頻率可以任意選取，通過改變調(diào)制信號(hào)的頻率即可實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器強(qiáng)度噪聲的操控。然而，調(diào)制信號(hào)的存在依然會(huì)引入額外的噪聲，對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。除了調(diào)制鎖定標(biāo)準(zhǔn)具的方法外，通過在諧振腔內(nèi)引入非線性損耗，利用非線性損耗對(duì)腔內(nèi)次振蕩模的抑制能力也可以實(shí)現(xiàn)鈦寶石激光器的頻率連續(xù)調(diào)諧。這種方法不需要調(diào)制鎖定標(biāo)準(zhǔn)具，因此激光器系統(tǒng)中不存在調(diào)制信號(hào)的影響，而且在非線性損耗的作用下，激光器低頻段強(qiáng)度噪聲得到了一定程度降低。然而受到非線性晶體接受帶寬的限制，鈦寶石激光器只能在特定的頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一功能，無法覆蓋鈦寶石激光器的輸出光譜范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有連續(xù)可調(diào)諧鈦寶石激光器中存在的缺陷，提供一種基于雙折射標(biāo)準(zhǔn)具鎖定的單頻連續(xù)波可調(diào)諧鈦寶石激光器，能夠基于無調(diào)制鎖定標(biāo)準(zhǔn)具方法實(shí)現(xiàn)低噪聲且寬波段范圍內(nèi)均可連續(xù)調(diào)諧。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于雙折射標(biāo)準(zhǔn)具鎖定的單頻連續(xù)波可調(diào)諧鈦寶石激光器，包括泵浦源1、位于所述泵浦源1出射光路上的光束耦合系統(tǒng)2以及位于所述光束耦合系統(tǒng)2出射光路上的激光諧振腔3；所述激光諧振腔3內(nèi)設(shè)有與主光路成一定夾角的雙折射標(biāo)準(zhǔn)具7；所述雙折射標(biāo)準(zhǔn)具7的反射光路上依次設(shè)有平面反射鏡8、第一透鏡9、四分之一波片10和偏振分束器11；所述偏振分束器11的反射光路上設(shè)有第二透鏡12和第一光電探測(cè)器13；所述偏振分束器11的透射光路上設(shè)有第三透鏡14和第二光電探測(cè)器15；所述第一光電探測(cè)器13和第二光電探測(cè)器15的輸出端連接在伺服控制器16上；所述伺服控制器16的信號(hào)輸出端連接有振鏡電機(jī)17；所述雙折射標(biāo)準(zhǔn)具7粘接在所述振鏡電機(jī)17的轉(zhuǎn)軸上。