[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于保偏光纖輸出激光偏振自鎖定裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210067810.3
• 申請(qǐng)日: 2022-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114614324A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴棟梁;孔德龍;王杰英;路想想;劉簡(jiǎn);陳瑋婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七0七研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01S3/067
• 分類(lèi)號(hào): H01S3/067;G01J4/02;H01S3/13
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 劉玲

本發(fā)明涉及一種用于保偏光纖輸出激光偏振自鎖定裝置，其包括偏振鎖定激光單元包括法拉第調(diào)制器、1/4波片、光纖耦合器、單模保偏光纖及光纖耦合器；分束檢測(cè)單元包括1/2波片、格蘭泰勒棱鏡及光電探測(cè)器；反饋電控單元包括光電放大電路及PID控制器；激光通過(guò)法拉第調(diào)制器和1/4波片中心入射到光纖耦合器，激光偏振軸向?qū)?zhǔn)單模保偏光纖的慢軸，完成光纖偏振初步鎖定，單模保偏光纖經(jīng)光纖耦合器輸出，通過(guò)1/2波片和格蘭泰勒棱鏡產(chǎn)生透射光及反射光，反射光通過(guò)光電探測(cè)器探測(cè)收集并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后通過(guò)光電放大電路、PID控制器反饋控制法拉第調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)激光偏振實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了光纖輸出激光偏振的高精度自鎖定，具有高帶寬、高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于量子光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于保偏光纖輸出激光偏振自鎖定裝置及方法。

背景技術(shù)

在量子光學(xué)和原子物理實(shí)驗(yàn)中，由于空間光直線(xiàn)傳播的局限性，很難實(shí)現(xiàn)激光的長(zhǎng)距離傳輸，通常利用相應(yīng)波長(zhǎng)的單模光纖可以實(shí)現(xiàn)激光的傳輸，而在冷原子精密測(cè)量、量子保密通信等領(lǐng)域，對(duì)于激光的偏振要求極高，需要使用單模保偏光纖作為激光的傳輸介質(zhì)，將激光進(jìn)行保偏傳輸，用于與原子相互作用或提取相關(guān)信息。

單模保偏光纖作為激光高保真度長(zhǎng)距離傳輸?shù)闹饕骷漭斎爰す庑枰獫M(mǎn)足一定偏振入射才能保證光纖的保偏性能。在實(shí)驗(yàn)中，通常通過(guò)在光纖耦合器前搭建可調(diào)1/2和1/4波片組，將激光偏振對(duì)準(zhǔn)單模保偏光纖慢軸，最大化保證光纖的保偏性能，實(shí)現(xiàn)激光的保真?zhèn)鬏敗５窃谄穹€(wěn)定后，隨著環(huán)境溫度的變化和振動(dòng)條件的變化，光纖耦合器和光纖的相對(duì)角度以及光纖的保偏慢軸會(huì)發(fā)生微小的變化導(dǎo)致光纖輸出激光保偏性能變差，影響光與原子的相互作用以及光與光之間的相干性檢測(cè)，對(duì)于量子精密測(cè)量和量子保密通信等相關(guān)科研實(shí)驗(yàn)會(huì)有較大的影響。

通常在實(shí)驗(yàn)中，需要定期對(duì)單模保偏光纖激光偏振進(jìn)行重新鎖定，以抑制激光偏振變化對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的影響，但對(duì)激光偏振的變化并沒(méi)有實(shí)時(shí)的監(jiān)控，在遭受極端環(huán)境變化時(shí)，只能通過(guò)系統(tǒng)的變化排查問(wèn)題，增加了工作量。為了提高單模保偏光纖傳輸激光的偏振穩(wěn)定性，急需研究一種用于保偏光纖輸出激光偏振自鎖定的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于保偏光纖輸出激光偏振自鎖定裝置，基于法拉第調(diào)制技術(shù)，通過(guò)高分辨率激光偏振探測(cè)和實(shí)時(shí)精密反饋電路實(shí)現(xiàn)了光纖輸出激光偏振的高精度自鎖定，具有高帶寬、高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，極大提高了光纖輸出激光偏振性能。

本發(fā)明的目的還在于提供一種用于保偏光纖輸出激光偏振自鎖定方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種用于保偏光纖輸出激光偏振自鎖定裝置，其包括偏振鎖定激光單元、分束檢測(cè)單元及反饋電控單元；所述偏振鎖定激光單元包括法拉第調(diào)制器、1/4波片、光纖耦合器、單模保偏光纖及光纖耦合器；分束檢測(cè)單元包括1/2波片、格蘭泰勒棱鏡及光電探測(cè)器；反饋電控單元包括光電放大電路及PID控制器；激光在自由空間傳輸通過(guò)法拉第調(diào)制器和1/4波片中心入射到光纖耦合器，調(diào)節(jié)法拉第調(diào)制器電流和1/4波片角度，改變激光偏振，使激光偏振軸向?qū)?zhǔn)單模保偏光纖的慢軸，完成光纖偏振初步鎖定，單模保偏光纖經(jīng)光纖耦合器輸出，通過(guò)1/2波片和格蘭泰勒棱鏡產(chǎn)生透射光及反射光，透射光作為待使用激光，反射光通過(guò)光電探測(cè)器探測(cè)收集并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后通過(guò)光電放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大，再通過(guò)PID控制器反饋控制法拉第調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)激光偏振的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。

一種基于所述用于保偏光纖輸出激光偏振自鎖定裝置的方法，其包括如下步驟：

1)采用偏振鎖定激光單元對(duì)激光偏振與單模保偏光纖偏振慢軸初對(duì)準(zhǔn)：激光在自由空間傳輸通過(guò)法拉第調(diào)制器和1/4波片中心入射到光纖耦合器，調(diào)節(jié)法拉第調(diào)制器電流和1/4波片角度，改變激光偏振，使激光偏振軸向?qū)?zhǔn)單模保偏光纖的慢軸，完成光纖偏振初步鎖定，同時(shí)作為后續(xù)激光偏振反饋控制的基準(zhǔn)；