基于壓電效應(yīng)和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法和裝置制造方法
【專利摘要】基于壓電效應(yīng)和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法和裝置屬于激光應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明采用聲光移頻技術(shù)將多臺基于腔長壓電調(diào)節(jié)的縱向塞曼激光器的輸出激光頻率鎖定于同一臺參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器的輸出激光頻率上，從而使所有激光器輸出激光具有統(tǒng)一的頻率值，目的是解決傳統(tǒng)穩(wěn)頻激光器相互之間的頻率一致性較低的不足，為超精密激光干涉測量提供一種新型的激光光源。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于壓電效應(yīng)和聲光移頻的縱向塞曼 激光鎖頻方法及其裝置。 基于壓電效應(yīng)和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法和裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，以光刻機(jī)和數(shù)控機(jī)床為代表的超精密測量與加工技術(shù)朝著大尺度、高精 度、多空間自由度同步測量方向發(fā)展，對激光干涉測量系統(tǒng)的總激光功率消耗急劇增加，遠(yuǎn) 超過單臺穩(wěn)頻激光器的輸出激光功率，因此需要同時(shí)采用多臺穩(wěn)頻激光器進(jìn)行組合測量。 然而，不同穩(wěn)頻激光器在相對頻率穩(wěn)定度、激光波長值、波長漂移方向等方面存在差異，這 將帶來激光干涉測量系統(tǒng)不同空間自由度的測量精度、波長基準(zhǔn)和空間坐標(biāo)不一致的問 題，從而影響整個(gè)多維激光干涉測量系統(tǒng)的綜合測量精度。為了保證激光干涉測量系統(tǒng)的 綜合測量精度，要求組合使用的多臺穩(wěn)頻激光器的頻率一致性要達(dá)到1〇_ 8,因此穩(wěn)頻激光器 之間的頻率一致性已經(jīng)成為超精密測量與加工技術(shù)發(fā)展亟需解決的關(guān)鍵問題之一。
[0003] 目前應(yīng)用于激光干涉測量系統(tǒng)的穩(wěn)頻激光光源主要有雙縱模穩(wěn)頻激光器、橫向塞 曼穩(wěn)頻激光器和縱向塞曼激光器等，這類激光器在穩(wěn)頻基準(zhǔn)上以激光增益曲線的中心頻率 作為穩(wěn)頻控制的參考頻率，而激光增益曲線的中心頻率隨工作氣體氣壓和放電條件而改 變，且多臺穩(wěn)頻激光器在物理參數(shù)上無法做到高度一致，故其穩(wěn)頻控制的參考頻率存在差 異，從而導(dǎo)致多臺穩(wěn)頻激光器輸出激光的頻率一致性較低，只能到達(dá)1〇_ 6?1〇_7。
[0004] 為了解決穩(wěn)頻激光器之間的頻率一致性較差的問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出一 種雙縱模激光器偏頻鎖定方法（中國專利申請?zhí)朇N200910072517、CN200910072518、 CN200910072519和CN200910072523)，該方法以一臺碘穩(wěn)頻激光器或雙縱模激光器輸出激 光的頻率作為基準(zhǔn)，其余多臺雙縱模激光器相對于基準(zhǔn)頻率偏移一定的數(shù)值進(jìn)行鎖定，從 而使多臺雙縱模激光器的輸出激光具有相同的波長(頻率)，但是該方法在激光頻率的鎖定 過程中，需要調(diào)整激光器的內(nèi)部工作參數(shù)，一方面由于調(diào)整的方式屬于間接調(diào)整，系統(tǒng)的響 應(yīng)速度相對比較遲緩，另一方面由于每個(gè)激光器的特性參數(shù)存在一定差異，激光器內(nèi)部工 作參數(shù)的改變可能會對激光的頻率穩(wěn)定度產(chǎn)生不良影響，嚴(yán)重的情況甚至?xí)?dǎo)致激光器失 鎖。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種基于壓電效應(yīng)和聲光移頻的縱向塞曼 激光鎖頻方法，其目的是結(jié)合聲光移頻器的移頻特性和壓電陶瓷穩(wěn)頻的縱向塞曼穩(wěn)頻激光 器的優(yōu)點(diǎn)，為超精密加工與測量技術(shù)提供一種波長一致性優(yōu)良的激光光源。本發(fā)明還提供 了一種基于壓電效應(yīng)和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻裝置。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種基于壓電效應(yīng)和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法，該方法包括以下步驟： (1)開啟參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器的電源，經(jīng)過預(yù)熱和穩(wěn)頻過程后，激光器輸出正交 偏振的兩個(gè)激光分量，利用偏振分光鏡分離出其中一個(gè)激光分量作為參考縱向塞曼穩(wěn)頻 激光器的輸出光，其光波頻率記為v !?，此輸出光由光纖分束器分離成η > 1路，記為光束 Xi (i=l，2,…，η)，分別作為縱向塞曼激光器Q (i=l，2,…，η)頻率鎖定的參考光束； (2) 開啟縱向塞曼激光器Q (i=l, 2, ···，]!)的電源，穩(wěn)頻控制模塊輸出一預(yù)設(shè)電壓值施 加在置于縱向磁場中的激光管副輸出端的環(huán)形壓電陶瓷上，使環(huán)形壓電陶瓷的長度在激光 管軸向上發(fā)生微小變化，以調(diào)整安裝在環(huán)形壓電陶瓷上的腔鏡在激光管軸向的位置，進(jìn)而 調(diào)整激光管的腔長，使激光管工作于單縱模光輸出狀態(tài)，該單縱模光在縱向磁場作用下分 裂為左旋和右旋圓偏振兩個(gè)激光分量，并從激光管的主輸出端和副輸出端輸出； (3) 縱向塞曼激光器Ι^α=1，2，···，η)在預(yù)熱過程結(jié)束后進(jìn)入穩(wěn)頻控制過程，激光 管副輸出端的左旋和右旋圓偏振光經(jīng)1/4波片轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷フ坏木€偏振光，并由渥拉斯 頓棱鏡進(jìn)行分離，其光功率？/(1=1，2，?，11)和？/(1=1，2，" ％11)由二象限光電探測器 測量得出，穩(wěn)頻控制模塊計(jì)算出兩個(gè)激光分量的功率之差A(yù)P^P^-P/ailj，…，η)， 并根據(jù)APiaij，···，!!）的正負(fù)和大小調(diào)整施加在環(huán)形壓電陶瓷上的電壓值大小，使 P/ (i=l，2,…，η)趨于零，進(jìn)而使激光的頻率趨于穩(wěn)定數(shù)值； (4) 激光管主輸出端的左旋和右旋圓偏振光由1/4波片轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)相互正交的線偏振 激光，并利用偏振分光鏡分離出其中一個(gè)線偏振激光分量，記為光束?\ (i=l，2,…，η)，其頻 率記為ν i (i=l，2,…，η)，光束凡（i=l，2,…，η)分別進(jìn)入驅(qū)動頻率為(i=l，2,…，η)的聲 光移頻器Si (i=l，2,…，η)進(jìn)行移頻，其對應(yīng)的輸出激光的頻率記為ν (i=l，2,…，η)， 此激光再由分光鏡分為強(qiáng)度比為9:1的兩部分光，其中強(qiáng)度相對較大的部分光記為光束 Zi (i=l，2,…，η)，分別作為縱向塞曼激光器Q (i=l，2,…，η)的輸出激光，強(qiáng)度相對較小的 部分光記為光束￥1(1=1，2，···，!!）； (5) 將光束Xi(i=l，2, ···，!〇分別與光束Yi(i=l，2, ···，!〇進(jìn)行光學(xué)混頻形成光學(xué) 拍頻信號，利用光電探測器將光學(xué)拍頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，其頻率值4^=^+/；-vji=l，2, ···，!!）由頻率測量模塊測得，頻率調(diào)整模塊根據(jù)測量得到的光學(xué)拍頻信號的 頻率值Λ ^(^^，…，。，計(jì)算得出光束父^^^^^"和丫"^^^^"的頻率 差值\ Λ Vi(i=l，2,…，η)，并將聲光移頻器5力=1，2，···，!!）的驅(qū)動頻率 /；(i=l，2,…，η)調(diào)整為vr - ν i (i=l, 2,…，η),從而使縱向塞曼激光器k (i=l, 2,…，η) 輸出光束2^1 = 1，2，···，!!）的頻率等于參考光束Xiaij，···，!!）的頻率，S卩= \ (i=l, 2, ···, η)； (6) 循環(huán)重復(fù)步驟（4)到（5)，通過調(diào)整聲光移頻器Siaij，···，!!）的工作頻率 /力=1，2,…，n)，使縱向塞曼激光器Li(i=l，2,…，η)的輸出激光Zi(i=l，2,…，η)的頻率始 終鎖定于同一頻率值
[0007] -種基于壓電效應(yīng)和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻裝置，包括激光器電源Α、穩(wěn)頻 狀態(tài)指示燈、參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器、偏振分光鏡Α、光纖分束器，其特征在于裝置中還包 括η >1個(gè)結(jié)構(gòu)相同、呈并聯(lián)關(guān)系的縱向塞曼激光器（U，L2，…，Ln)，其中每一個(gè)縱向塞曼 激光器（U，L 2，…，Ln)的裝配結(jié)構(gòu)是：激光器電源B與激光管連接，激光管放置在縱向磁場 模塊中，其軸線與磁場方向平行，環(huán)形壓電陶瓷安裝在激光管的副輸出端，其輸入端接穩(wěn)頻 控制模塊，腔鏡安裝在環(huán)形壓電陶瓷上，激光管溫度傳感器貼在激光管外壁上，其輸出端接 穩(wěn)頻控制模塊，環(huán)境溫度傳感器與穩(wěn)頻控制模塊連接，1/4波片A、渥拉斯頓棱鏡和二象限 光電探測器依次放置在激光管副輸出端后，二象限光電探測器的輸出端與穩(wěn)頻控制模塊連 接，1/4波片B、偏振分光鏡B和聲光移頻器依次放置在激光管主輸出端前，分光鏡放置在聲 光移頻器與光纖合束器的一個(gè)輸入端之間，光纖合束器的另一個(gè)輸入端與光纖分束器的輸 出端之一連接，檢偏器放置在光纖合束器的輸出端與高速光電探測器之間，高速光電探測 器、頻率測量模塊、頻率調(diào)整模塊、聲光移頻器依次連接，鎖頻狀態(tài)指示燈與頻率調(diào)整模塊 連接。
[0008] 本發(fā)明具有以下特點(diǎn)及良好效果： (1)本發(fā)明采用聲光移頻器對多個(gè)縱向塞曼激光器進(jìn)行并聯(lián)頻率鎖定，所有縱向塞曼 穩(wěn)頻激光器輸出激光具有統(tǒng)一的頻率值，由于聲光移頻器極高的頻率調(diào)節(jié)分辨力，多個(gè)激 光器的頻率一致性可高達(dá)到1〇_9,比現(xiàn)有方法提高一到兩個(gè)數(shù)量級，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的 創(chuàng)新點(diǎn)之一。
[0009] (2)本發(fā)明采用聲光移頻器對多個(gè)縱向塞曼激光器進(jìn)行并聯(lián)頻率鎖定，由于聲光 移頻器較高的頻率調(diào)整響應(yīng)速度，可有效抑制外界干擾因素引起的激光波長漂移和躍變， 從而提高了光源的穩(wěn)定性和環(huán)境適用性，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之二。
[0010] (3)本發(fā)明采用聲光移頻器對多個(gè)縱向塞曼激光器進(jìn)行并聯(lián)頻率鎖定，由于激光 器最終輸出激光的頻率調(diào)整方式對于激光器內(nèi)部激光管而言，屬于一種外部調(diào)整方法，因 此不會對激光管的穩(wěn)頻控制機(jī)制廣生不良影響，有利于提1?系統(tǒng)的穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定精 度，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之三。
[0011] (4)本發(fā)明采用環(huán)形壓電陶瓷對激光管腔長進(jìn)行調(diào)節(jié)，與熱穩(wěn)頻等其它間接調(diào)節(jié) 方法相比，本發(fā)明方法屬于直接調(diào)節(jié)方法，因而穩(wěn)頻系統(tǒng)具有非常迅速的響應(yīng)速度，另外由 于壓電陶瓷器件優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性，有助于提高激光穩(wěn)頻的精度，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的 創(chuàng)新點(diǎn)之四。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明裝置的原理示意圖 圖2為本發(fā)明裝置中縱向塞曼激光器穩(wěn)頻結(jié)構(gòu)的示意圖 圖3為本發(fā)明裝置中縱向塞曼激光器穩(wěn)頻過程的閉環(huán)控制功能框圖 圖4為本發(fā)明裝置中縱向塞曼激光器頻率鎖定過程的閉環(huán)控制功能框圖 圖中，1-激光器電源A、2-穩(wěn)頻狀態(tài)指示燈、3-參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器、4-偏振分光 鏡A、5-光纖分束器，6-激光管、7-縱向磁場模塊、8-1/4波片A、9-渥拉斯頓棱鏡、10-二象 限光電探測器、11-穩(wěn)頻控制模塊、12-激光管溫度傳感器、13-壓電陶瓷、14-腔鏡、15-環(huán)境 溫度傳感器、16-激光器電源B、17-1/4波片B、18-偏振分光鏡B、19-聲光移頻器、20-分光 鏡、21-光纖合束器、22-檢偏器、23-高速光電探測器、24-頻率測量模塊、25-頻率調(diào)整模 塊、26-鎖頻狀態(tài)指示燈。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0014] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明裝置中基于壓電效應(yīng)和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻 裝置，包括激光器電源A1、穩(wěn)頻狀態(tài)指示燈2、參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器3、偏振分光鏡A4、 光纖分束器5,其特征在于裝置中還包括η > 1個(gè)結(jié)構(gòu)相同、呈并聯(lián)關(guān)系的縱向塞曼激光器 (Lp L2，···，Ln)，其中每一個(gè)縱向塞曼激光器（Lp L2，···，Ln)的裝配結(jié)構(gòu)是：激光器電源Β16 與激光管6連接，激光管6放置在縱向磁場模塊7中，其軸線與磁場方向平行，環(huán)形壓電陶 瓷13安裝在激光管6的副輸出端，其輸入端接穩(wěn)頻控制模塊11，腔鏡14安裝在環(huán)形壓電 陶瓷13上，激光管溫度傳感器12貼在激光管6外壁上，其輸出端接穩(wěn)頻控制模塊11，環(huán)境 溫度傳感器15與穩(wěn)頻控制模塊11連接，1/4波片A8、渥拉斯頓棱鏡9和二象限光電探測器 10依次放置在激光管6副輸出端后，二象限光電探測器10的輸出端與穩(wěn)頻控制模塊11連 接，1/4波片B17、偏振分光鏡B18和聲光移頻器19依次放置在激光管6主輸出端前，分光 鏡20放置在聲光移頻器19與光纖合束器21的一個(gè)輸入端之間，光纖合束器21的另一個(gè) 輸入端與光纖分束器5的輸出端之一連接，檢偏器22放置在光纖合束器21的輸出端與高 速光電探測器23之間，高速光電探測器23、頻率測量模塊24、頻率調(diào)整模塊25、聲光移頻器 19依次連接，鎖頻狀態(tài)指示燈26與頻率調(diào)整模塊25連接。
[0015] 由于裝置中包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的縱向塞曼穩(wěn)頻激光器u，L2，···，Ln，這些縱向塞 曼穩(wěn)頻激光器的工作過程完全一致，以下僅對其中一個(gè)縱向塞曼穩(wěn)頻激光器U進(jìn)行工作過 程描述，這些描述文字同樣適用于裝置中的其它同類縱向塞曼穩(wěn)頻激光器。
[0016] 開始工作時(shí)，開啟激光器電源A1，參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器3進(jìn)入預(yù)熱和穩(wěn)頻過 程，當(dāng)上述過程完成時(shí)，使能穩(wěn)頻狀態(tài)指示燈2,表示參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器3進(jìn)入穩(wěn)定 工作狀態(tài)，其輸出激光管包括偏振方向互相正交的兩個(gè)激光分量，利用偏振分光鏡A4取出 其中一個(gè)激光分量作為輸出光，并耦合進(jìn)入光纖分束器5,被分離成η路頻率基準(zhǔn)光束，記 為光束Χ 2，…，Χη，其頻率記為作為縱向塞曼激光器U，L2，…，、頻率鎖定的參考 頻率。
[0017] 穩(wěn)頻狀態(tài)指示燈2使能的同時(shí)，開啟激光管電源B16,穩(wěn)頻控制模塊11輸出一預(yù)設(shè) 電壓值施加在縱向塞曼穩(wěn)頻激光器Q內(nèi)部激光管6副輸出端的環(huán)形壓電陶瓷13上，使環(huán) 形壓電陶瓷的長度在激光管6軸向上發(fā)生微小變化，以調(diào)整安裝在環(huán)形壓電陶瓷上的腔鏡 14在激光管6軸向的位置，進(jìn)而調(diào)整激光管6的腔長，使激光管工作于單縱模光輸出狀態(tài)， 該單縱模光在縱向磁場作用下分裂為左旋和右旋圓偏振兩個(gè)激光分量，并從激光管的主輸 出端和副輸出端輸出。利用1/4波片A8將激光管6副輸出端的左旋和右旋圓偏振光分量 轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷フ坏木€偏振光，并由渥拉斯頓棱鏡9進(jìn)行分離，其光功率P/和P/由二象限光 電探測器10測得，將兩個(gè)縱模的功率之差Λ P= P/ - P/作為如圖3所示的穩(wěn)頻閉環(huán)控制系 統(tǒng)的反饋輸入量，參考輸入量設(shè)置為零，穩(wěn)頻控制模塊11計(jì)算出參考輸入量與反饋輸入量 的差值，并根據(jù)穩(wěn)頻控制算法調(diào)整施加在環(huán)形壓電陶瓷13上的電壓值的大小，進(jìn)而調(diào)整激 光管6的諧振腔長，使兩個(gè)激光分量的功率Ρ/= ΡΛ此時(shí)兩個(gè)激光分量的頻率也趨于穩(wěn)定 數(shù)值。
[0018] 穩(wěn)頻過程結(jié)束后，激光器u進(jìn)入頻率鎖定過程，利用1/4波片B17將激光管6主 輸出端輸出的左旋和右旋圓偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷フ坏木€偏振光，并由偏振分光鏡B18分離 出其中一個(gè)激光分量，作為聲光移頻器19的輸入光，其頻率記為Vi，聲光移頻器19的工 作頻率記為Λ，由于聲光相互作用，聲光移頻器19輸出激光的頻率為ViJ；，該光束再通過 分光鏡20分離為強(qiáng)度為9:1兩部分光，其中強(qiáng)度相對較大的部分光記為光束Zi，作為縱向 塞曼激光器U的輸出激光，強(qiáng)度相對較小的部分光記為光束t，該光束與光束Xi由光纖合 束器21 f禹合進(jìn)入光纖合成為一束同軸光束，該同軸光束通過檢偏器22后形成光學(xué)拍頻信 號，經(jīng)高速光電探測器23進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，其頻率值Λ Vl=Vl+/；- \由頻率測量模塊24 測量得到，并作為如圖4所示的頻率鎖定閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋輸入量，參考輸入量設(shè)置為 零，頻率調(diào)整模塊25根據(jù)二者的差值Λ v i，計(jì)算得出光束Xi與光束Yi的頻率差值為\ -v - Λ v i，并將聲光移頻器19的驅(qū)動頻率調(diào)整為\ - v i，從而使激光器Q輸出 光束Zi的頻率(光束Zi與光束Yi同頻率)等于參考光束Xi的頻率當(dāng)上述頻率鎖定過 程完成后，頻率調(diào)整模塊25使能鎖頻狀態(tài)指示燈26。
[0019] 當(dāng)外界環(huán)境變化或其它因素導(dǎo)致參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器3或者縱向塞曼激光 器U輸出激光的頻率發(fā)生變化時(shí)，自動循環(huán)上述穩(wěn)頻鎖定過程，通過調(diào)整聲光移頻器19的 工作頻率/；，使縱向塞曼激光器Q輸出激光的頻率v i始終鎖定于參考頻率v p同理，縱 向塞曼激光器L2, L3，…，Ln輸出激光的頻率v2，v3，…，\也始終鎖定在參考頻率\ 上。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于壓電效應(yīng)和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法，其特征在于該方法包括以 下步驟： (1) 開啟參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器的電源，經(jīng)過預(yù)熱和穩(wěn)頻過程后，激光器輸出正交 偏振的兩個(gè)激光分量，利用偏振分光鏡分離出其中一個(gè)激光分量作為參考縱向塞曼穩(wěn)頻 激光器的輸出光，其光波頻率記為 v!?，此輸出光由光纖分束器分離成η > 1路，記為光束 Xi (i=l，2,…，η)，分別作為縱向塞曼激光器Q (i=l，2,…，η)頻率鎖定的參考光束； (2) 開啟縱向塞曼激光器Q (i=l, 2, ···，]!)的電源，穩(wěn)頻控制模塊輸出一預(yù)設(shè)電壓值施 加在置于縱向磁場中的激光管副輸出端的環(huán)形壓電陶瓷上，使環(huán)形壓電陶瓷的長度在激光 管軸向上發(fā)生微小變化，以調(diào)整安裝在環(huán)形壓電陶瓷上的腔鏡在激光管軸向的位置，進(jìn)而 調(diào)整激光管的腔長，使激光管工作于單縱模光輸出狀態(tài)，該單縱模光在縱向磁場作用下分 裂為左旋和右旋圓偏振兩個(gè)激光分量，并從激光管的主輸出端和副輸出端輸出； (3) 縱向塞曼激光器Ι^α=1，2，···，η)在預(yù)熱過程結(jié)束后進(jìn)入穩(wěn)頻控制過程，激光 管副輸出端的左旋和右旋圓偏振光經(jīng)1/4波片轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷フ坏木€偏振光，并由渥拉斯 頓棱鏡進(jìn)行分離，其光功率？/(1=1，2，一，11)和？/(1=1，2，一，11)由二象限光電探測器 測量得出，穩(wěn)頻控制模塊計(jì)算出兩個(gè)激光分量的功率之差A(yù)P^P^-P/ailj，…，η)， 并根據(jù)APiaij，···，!!）的正負(fù)和大小調(diào)整施加在環(huán)形壓電陶瓷上的電壓值大小，使 P/ (i=l，2,…，η)趨于零，進(jìn)而使激光的頻率趨于穩(wěn)定數(shù)值； (4) 激光管主輸出端的左旋和右旋圓偏振光由1/4波片轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)相互正交的線偏振 激光，并利用偏振分光鏡分離出其中一個(gè)線偏振激光分量，記為光束?\ (i=l，2,…，η)，其頻 率記為ν i (i=l，2,…，η)，光束凡（i=l，2,…，η)分別進(jìn)入驅(qū)動頻率為(i=l，2,…，η)的聲 光移頻器Si (i=l，2,…，η)進(jìn)行移頻，其對應(yīng)的輸出激光的頻率記為ν (i=l，2,…，η)， 此激光再由分光鏡分為強(qiáng)度比為9:1的兩部分光，其中強(qiáng)度相對較大的部分光記為光束 Zi (i=l，2,…，η)，分別作為縱向塞曼激光器Q (i=l，2,…，η)的輸出激光，強(qiáng)度相對較小的 部分光記為光束￥1(1=1，2，···，!!）； (5) 將光束Xi(i=l，2, ···，!〇分別與光束Yi(i=l，2, ···，!〇進(jìn)行光學(xué)混頻形成光學(xué) 拍頻信號，利用光電探測器將光學(xué)拍頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，其頻率值4^=^+/；-vji=l，2, ···，!!）由頻率測量模塊測得，頻率調(diào)整模塊根據(jù)測量得到的光學(xué)拍頻信號的 頻率值Λ ^(^^，…，。，計(jì)算得出光束父^^^^^"和丫"^^^^"的頻率 差值Λ Vi(i=l，2,…，η)，并將聲光移頻器5力=1，2，···，!!）的驅(qū)動頻率 /；(i=l，2,…，η)調(diào)整為v r - ν ^1=1，2,…，η),從而使縱向塞曼激光器Q (i=l, 2,…，η) 輸出光束Zi(i=l，2, ···，!!）的頻率等于參考光束Xi(i=l，2, ···，!!）的頻率，即= vr(i=l, 2, *··,η)； (6) 循環(huán)重復(fù)步驟（4)到（5)，通過調(diào)整聲光移頻器Siaij，···，!!）的工作頻率 /力=1，2,…，n)，使縱向塞曼激光器Li(i=l，2,…，η)的輸出激光Zi(i=l，2,…，η)的頻率始 終鎖定于同一頻率值
2. -種基于壓電效應(yīng)和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻裝置，包括激光器電源A (1)、穩(wěn) 頻狀態(tài)指示燈（2 )、參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器（3 )、偏振分光鏡A (4 )、光纖分束器（5 )，其特 征在于裝置中還包括η彡1個(gè)結(jié)構(gòu)相同、呈并聯(lián)關(guān)系的縱向塞曼激光器（U，L2，…，Ln)，其 中每一個(gè)縱向塞曼激光器（U，L 2，…，Ln)的裝配結(jié)構(gòu)是：激光器電源B(16)與激光管（6)連 接，激光管（6)放置在縱向磁場模塊（7)中，其軸線與磁場方向平行，環(huán)形壓電陶瓷（13)安 裝在激光管（6)的副輸出端，其輸入端接穩(wěn)頻控制模塊（11 )，腔鏡（14)安裝在環(huán)形壓電陶 瓷（13)上，激光管溫度傳感器（12)貼在激光管（6)外壁上，其輸出端接穩(wěn)頻控制模塊（11)， 環(huán)境溫度傳感器（15)與穩(wěn)頻控制模塊（11)連接，1/4波片A (8)、渥拉斯頓棱鏡（9)和二象 限光電探測器（10)依次放置在激光管（6)副輸出端后，二象限光電探測器（10)的輸出端與 穩(wěn)頻控制模塊（11)連接，1/4波片B (17)、偏振分光鏡B (18)和聲光移頻器（19)依次放 置在激光管（6)主輸出端前，分光鏡（20)放置在聲光移頻器（19)與光纖合束器（21)的一 個(gè)輸入端之間，光纖合束器（21)的另一個(gè)輸入端與光纖分束器（5)的輸出端之一連接，檢 偏器（22)放置在光纖合束器（21)的輸出端與高速光電探測器（23)之間，高速光電探測器 (23 )、頻率測量模塊（24 )、頻率調(diào)整模塊（25 )、聲光移頻器（19 )依次連接，鎖頻狀態(tài)指示燈 (26 )與頻率調(diào)整模塊（25 )連接。
【文檔編號】H01S3/13GK104064953SQ201410308272
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】譚久彬, 付海金, 胡鵬程 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)