基于熱電制冷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】基于熱電制冷和聲光移頻的縱向塞曼激光器互鎖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)將多臺基于熱電制冷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】基于熱電制冷和聲光移頻的縱向塞曼激光鎖頻方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于熱電制冷和聲光移頻的縱向塞曼 激光鎖頻方法及其裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，以光刻機和數(shù)控機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 超過單臺穩(wěn)頻激光器的輸出激光功率，因此需要同時采用多臺穩(wěn)頻激光器進行組合測量。 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、波長基準和空間坐標(biāo)不一致的問 題，從而影響整個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，其余多臺雙縱模激光器相對于基準頻率偏移一定的數(shù)值進行鎖定，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)明提出一種基于熱電制冷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熱電制冷的縱向塞曼穩(wěn)頻激光器的 優(yōu)點，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 種基于熱電制冷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)方案實現(xiàn)： 一種基于熱電制冷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 偏振的兩個激光分量，利用偏振分光鏡分離出其中一個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Li(i=l，2, ···，!〇的電源，所有縱向塞曼激光器同時進入預(yù)熱 過程，測量當(dāng)前環(huán)境的溫度值，據(jù)此設(shè)定預(yù)熱的目標(biāo)溫度Tset，且T srt高于環(huán)境溫度，利用熱 電制冷器對放置在縱向磁場中的激光管進行加熱，使激光管的溫度趨于預(yù)先設(shè)定的溫度值 Tsrt并達到熱平衡狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)預(yù)熱算法微調(diào)熱電制冷器工作電流的正反和大小， 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Li(i=l，2, ···，!〇在預(yù)熱過程結(jié)束后進入穩(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)頻控制模塊計算出兩個激光分量的功率之差A(yù)P^P^-P/ailj，…，n)， 并根據(jù)△Piaij，···，!〇的正負和大小調(diào)整熱電制冷器工作電流的正反和大小，使 Λ Pi (i=l，2,…，η)趨于零，進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€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)分別進入驅(qū)動頻率為(i=l，2,…，η)的聲 光移頻器Si (i=l，2,…，η)進行移頻，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度比為9:1的兩部分光，其中強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Q (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] -種基于熱電制冷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，激光管放置在導(dǎo)熱金屬 腔中，激光管與導(dǎo)熱金屬腔之間的空隙填充導(dǎo)熱硅膠層，激光管溫度傳感器放置于導(dǎo)熱硅 膠層中，并緊貼激光管外壁，其輸出端接穩(wěn)頻控制模塊，熱電制冷器貼合在導(dǎo)熱金屬腔外壁 上，其輸入端接穩(wěn)頻控制模塊，激光管、導(dǎo)熱硅膠層、導(dǎo)熱金屬腔和熱電制冷器共同構(gòu)成的 熱控制結(jié)構(gòu)放置在圓筒形縱向磁場模塊中，且激光管的軸線與磁場方向平行，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 個輸入端之間，光纖合束器的另一個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)明具有以下特點及良好效果： (1)本發(fā)明采用聲光移頻器對多個縱向塞曼激光器進行并聯(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，多個激 光器的頻率一致性可高達到1〇_9,比現(xiàn)有方法提高一到兩個數(shù)量級，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的 創(chuàng)新點之一。
[0009] (2)本發(fā)明采用聲光移頻器對多個縱向塞曼激光器進行并聯(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)新點之二。
[0010] (3)本發(fā)明采用聲光移頻器對多個縱向塞曼激光器進行并聯(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)新點之三。
[0011] (4)本發(fā)明采用熱電制冷器進行了溫度控制和調(diào)節(jié)，由于改變其工作電流方向可 以讓熱電制冷器產(chǎn)生熱量或吸收熱量，從而減小了對環(huán)境散熱性能的依賴，有利于實現(xiàn)對 激光管溫度的快速控制和調(diào)節(jié)，提高控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點 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熱控制機械結(jié)構(gòu)的橫截面圖 圖4為本發(fā)明裝置中縱向塞曼激光器預(yù)熱過程的閉環(huán)控制功能框圖 圖5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6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-圓筒形縱向磁場模塊、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-熱電制冷器、14-導(dǎo) 熱娃膠層、15-導(dǎo)熱金屬腔、16-環(huán)境溫度傳感器、17-激光器電源B、18-1/4波片B、19-偏振 分光鏡B、20-聲光移頻器、21-分光鏡、22-光纖合束器、23-檢偏器、24-高速光電探測器、 25-頻率測量模塊、26-頻率調(diào)整模塊、27-鎖頻狀態(tài)指示燈。

【具體實施方式】
[0013] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施實例進行詳細的描述。
[0014] 如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明裝置中基于熱電制冷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,該裝置中還包括η > 1個結(jié)構(gòu)相同、呈并聯(lián)關(guān)系的縱向塞曼激光器U， L2，···，Ln，其中每一個縱向塞曼激光器1^，L2，···，L n的裝配結(jié)構(gòu)是：激光器電源B17與激光 管6連接，激光管6放置在導(dǎo)熱金屬腔15中，激光管6與導(dǎo)熱金屬腔15之間的空隙填充導(dǎo) 熱硅膠層14,激光管溫度傳感器12放置于導(dǎo)熱硅膠層14中，并緊貼激光管6外壁，其輸出 端接穩(wěn)頻控制模塊11，熱電制冷器13貼合在導(dǎo)熱金屬腔15外壁上，其輸入端接穩(wěn)頻控制模 塊11，激光管6、導(dǎo)熱娃膠層14、導(dǎo)熱金屬腔15和熱電制冷器13共同構(gòu)成的熱控制結(jié)構(gòu)放 置在圓筒形縱向磁場模塊7中，且激光管6的軸線與磁場方向平行，環(huán)境溫度傳感器16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B18、 偏振分光鏡B19和聲光移頻器20依次放置在激光管6主輸出端前，分光鏡21放置在聲光 移頻器20與光纖合束器22的一個輸入端之間，光纖合束器22的另一個輸入端與光纖分束 器5的輸出端之一連接，檢偏器23放置在光纖合束器22的輸出端與高速光電探測器24之 間，高速光電探測器24、頻率測量模塊25、頻率調(diào)整模塊26、聲光移頻器20依次連接，鎖頻 狀態(tài)指示燈27與頻率調(diào)整模塊26連接。
[0015] 鑒于裝置中包括多個結(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，以下僅對其中一個縱向塞曼穩(wěn)頻激光器U進行工作過 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，開啟激光器電源A1，參考縱向塞曼穩(wěn)頻激光器3進入預(yù)熱和穩(wěn)頻過 程，當(dāng)上述過程完成時，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進入穩(wěn)定 工作狀態(tài)，其內(nèi)部激光管輸出偏振方向互相正交的兩個激光分量，利用偏振分光鏡A4取出 其中一個激光分量作為輸出光，并耦合進入光纖分束器5,被分離成η路頻率基準光束，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，開啟激光管電源B17,縱向塞曼穩(wěn)頻激光器U進入 預(yù)熱過程。穩(wěn)頻控制模塊11根據(jù)環(huán)境溫度傳感器16測量得到的環(huán)境溫度值而設(shè)定預(yù)熱的 目標(biāo)溫度T srt，且Tsrt高于環(huán)境溫度，將Tsrt作為如圖4所示的預(yù)熱閉環(huán)控制系統(tǒng)的參考輸 入量，同時以激光管溫度傳感器12測量得到激光管6的實際溫度T Mal作為反饋信號，穩(wěn)頻 控制模塊11計算二者的差值，并根據(jù)穩(wěn)頻控制算法調(diào)節(jié)熱電制冷器13的工作電流的大小 和正反，對激光管6進行加熱或制冷，使其溫度趨于預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度T srt達到熱平衡狀態(tài)， 在此基礎(chǔ)上根據(jù)預(yù)熱算法微調(diào)熱電制冷器13工作電流的正反和大小，使激光管6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激光分量， 并從激光管6的主輸出端和副輸出端輸出。
[0018] 預(yù)熱過程完成后，穩(wěn)頻控制模塊11切換縱向塞曼穩(wěn)頻激光器u進入穩(wěn)頻控制過 程。激光管6副輸出端輸出的左旋和右旋兩個激光分量經(jīng)1/4波片A8轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷フ坏?線偏振光分量，并由渥拉斯頓棱鏡9分離，其光功率P/和P/由二象限光電探測器10測得， 將兩個縱模的功率之差Λ P= P/ - P/作為如圖5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)整纏繞熱電制冷器13的工作電流的大小和方向，進而調(diào)整激光管6的溫度和 諧振腔長，使兩個激光分量的功率Ρ/= ΡΛ此時兩個激光分量的頻率也趨于穩(wěn)定數(shù)值。
[0019] 穩(wěn)頻過程結(jié)束后，激光器Li進入頻率鎖定過程，激光管6主輸出端輸出的左旋和 右旋兩個圓偏振激光分量經(jīng)1/4波片B18轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷フ坏木€偏振光，并由偏振分光鏡B19 分離出其中一個激光分量，作為聲光移頻器20的輸入光，其頻率記為v i，聲光移頻器20的 工作頻率記為Λ，由于聲光相互作用，聲光移頻器20輸出激光的頻率為v ，該光束再通 過分光鏡21分離為強度為9:1兩部分光，其中強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22 f禹合進入光纖合成為一束同軸光束，該同軸光束通過檢偏器23后形成光學(xué)拍頻 信號，經(jīng)高速光電探測器24進行光電轉(zhuǎn)換后，其頻率值Λ \由頻率測量模塊 25測量得到，并作為如圖6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26根據(jù)二者的差值Λ v i，計算得出光束Xi與光束Yi的頻率差值為\ -vf/；- Λ Vl，并將聲光移頻器20的驅(qū)動頻率調(diào)整為\ - Vl，從而使激光器1^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26使能鎖頻狀態(tài)指示燈27。
[0020] 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1^輸出激光的頻率發(fā)生變化時，自動循環(huán)上述穩(wěn)頻鎖定過程，通過調(diào)整聲光移頻器20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. 一種基于熱電制冷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 偏振的兩個激光分量，利用偏振分光鏡分離出其中一個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Li(i=l，2, ···，!〇的電源，所有縱向塞曼激光器同時進入預(yù)熱 過程，測量當(dāng)前環(huán)境的溫度值，據(jù)此設(shè)定預(yù)熱的目標(biāo)溫度Tset，且T srt高于環(huán)境溫度，利用熱 電制冷器對放置在縱向磁場中的激光管進行加熱，使激光管的溫度趨于預(yù)先設(shè)定的溫度值 Tsrt并達到熱平衡狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)預(yù)熱算法微調(diào)熱電制冷器工作電流的正反和大小， 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Li(i=l，2, ···，!〇在預(yù)熱過程結(jié)束后進入穩(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)頻控制模塊計算出兩個激光分量的功率之差A(yù)P^P^-P/ailj，…，n)， 并根據(jù)△Piaij，···，!〇的正負和大小調(diào)整熱電制冷器工作電流的正反和大小，使 Λ Pi (i=l，2,…，η)趨于零，進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€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)分別進入驅(qū)動頻率為(i=l，2,…，η)的聲 光移頻器Si (i=l，2,…，η)進行移頻，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度比為9:1的兩部分光，其中強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. -種基于熱電制冷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 中每一個縱向塞曼激光器（U，L2，…，Ln)的裝配結(jié)構(gòu)是：激光器電源B (17)與激光管（6) 連接，激光管（6)放置在導(dǎo)熱金屬腔（15)中，激光管（6)與導(dǎo)熱金屬腔（15)之間的空隙填 充導(dǎo)熱硅膠層（14)，激光管溫度傳感器（12)放置于導(dǎo)熱硅膠層（14)中，并緊貼激光管（6) 外壁，其輸出端接穩(wěn)頻控制模塊（11)，熱電制冷器（13)貼合在導(dǎo)熱金屬腔（15)外壁上，其 輸入端接穩(wěn)頻控制模塊（11)，激光管（6)、導(dǎo)熱硅膠層（14)、導(dǎo)熱金屬腔（15)和熱電制冷 器（13)共同構(gòu)成的熱控制結(jié)構(gòu)放置在圓筒形縱向磁場模塊（7)中，且激光管（6)的軸線與 磁場方向平行，環(huán)境溫度傳感器（16)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 (18)、偏振分光鏡B (19)和聲光移頻 器（20)依次放置在激光管（6)主輸出端前，分光鏡（21)放置在聲光移頻器（20)與光纖合 束器（22)的一個輸入端之間，光纖合束器（22)的另一個輸入端與光纖分束器（5)的輸出端 之一連接，檢偏器（23)放置在光纖合束器（22)的輸出端與高速光電探測器（24)之間，高速 光電探測器（24 )、頻率測量模塊（25 )、頻率調(diào)整模塊（26 )、聲光移頻器（20 )依次連接，鎖頻 狀態(tài)指示燈（27 )與頻率調(diào)整模塊（26 )連接。
【文檔編號】H01S3/13GK104051942SQ201410308252
【公開日】2014年9月17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】付海金, 譚久彬, 胡鵬程 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)