本發(fā)明涉及激光穩(wěn)頻領域，尤其涉及一種雙干涉儀的激光穩(wěn)頻系統(tǒng)。

技術背景

超穩(wěn)激光器不僅僅是原子光頻標的重要組成部分，還廣泛應用于超低噪聲微波信號的產(chǎn)生、噴泉鐘的升級、光頻傳輸網(wǎng)絡、引力波的測量以及相對論的驗證等。

目前世界上所使用Hz量級的穩(wěn)頻激光器最多的是采用基于Pound-Drever-Hall(PDH)方法鎖頻的超穩(wěn)腔穩(wěn)頻激光器。這種穩(wěn)頻激光器具有優(yōu)良的性能，卻也存在著一些缺點：光學結構復雜，需要光路和腔的空間模式精確匹配；系統(tǒng)昂貴，體積巨大，對環(huán)境參數(shù)敏感；不容易對激光器的頻率進行調(diào)節(jié)。相比較之下，光纖干涉儀穩(wěn)頻激光器結構簡單，環(huán)境敏感度較低，體積小，價格較低，更可以對激光頻率進行調(diào)節(jié)。

然而，光纖干涉儀作為頻率/相位轉(zhuǎn)換器，其傳遞函數(shù)為：

當時，

Γ(f)≈2πτ

傳遞函數(shù)存在一系列的零點，即1/τ的整數(shù)倍處，干涉儀的響應為零，也就是1/τ限制了干涉儀的響應帶寬。選擇更大的環(huán)路帶寬即較小的光纖長度差的干涉儀，可以在更大頻域范圍內(nèi)抑制激光器的頻率噪聲。另外，當時，傳遞函數(shù)近似一條直線，即為2πτ，可見在干涉儀帶寬內(nèi)，延遲時間越長，頻率噪聲的增益越大，即探測靈敏度越大。并且，探測系統(tǒng)的噪聲不受光纖延遲時間的影響，更大的時延可以提高探測系統(tǒng)的信噪比?？偟膩碚f，增加光纖長度會提高光纖干涉儀穩(wěn)頻系統(tǒng)的信噪比，但是會減小系統(tǒng)的環(huán)路帶寬，因此，光纖干涉儀穩(wěn)頻激光器的干涉儀長度差的選擇只能是環(huán)路帶寬和系統(tǒng)信噪比的折中。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種雙干涉儀的激光穩(wěn)頻系統(tǒng)，使用兩個時延不同的光纖干涉儀作為激光頻率的參考，調(diào)制解調(diào)模塊進行誤差探測，反饋控制回路對激光器進行穩(wěn)頻。本發(fā)明提供的這種激光穩(wěn)頻系統(tǒng)能夠利用時延較大的光纖干涉儀保證鎖定激光器近頻端良好的噪聲特性，同時依據(jù)時延較小的光纖干涉儀提供較大鎖定帶寬，改善激光器遠端的噪聲特性。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種雙干涉儀的激光穩(wěn)頻系統(tǒng)，其特點在于，包括激光器、耦合器、第一光纖干涉儀、第二光纖干涉儀、第一光電探測器、第二光電探測器、第一混頻器、第二混頻器、第一濾波器，第二濾波器、移相器、加法器、頻率參考源、頻率綜合器和反饋電路；

所述激光器的輸出光經(jīng)過耦合器分為二束，沿第一束光路方向依次是所述的第一光纖干涉儀和第一光電探測器，該第一光電探測器將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸?shù)剿龅牡谝换祛l器，沿第二束光路方向依次是所述的第二光纖干涉儀和第二光電探測器，該第二光電探測器將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸?shù)剿龅牡诙祛l器；

所述的頻率參考源發(fā)出的頻率經(jīng)過所述的頻率綜合器分別向所述的第一光纖干涉儀和第二光纖干涉儀進行調(diào)制，并分別向所述的第一混頻器和第二混頻器輸出的電信號進行解調(diào)，輸出誤差信號，該誤差信號一路經(jīng)第一濾波器，另一路依次經(jīng)所述的第二濾波器和移相器，兩路誤差信號經(jīng)所述的加法器加成后，經(jīng)所述的反饋電路對激光器進行反饋穩(wěn)頻；

當所述的第一光纖干涉儀的時延比所述的第二光纖干涉儀的時延大，則所述的第一濾波器為低通濾波器，第二濾波器為帶通濾波器；

當所述的第一光纖干涉儀的時延比所述的第二光纖干涉儀的時延小，則所述的第一濾波器為帶通濾波器，第二濾波器為低通濾波器。

所述的第一光纖干涉儀和第二光纖干涉儀均為不等臂的邁克爾遜式光纖干涉儀，且時延不同，時延較大的光纖干涉儀可以保證鎖定激光器近頻端良好的噪聲特性，時延較小的光纖干涉儀可以提供較大鎖定帶寬，改善激光器遠端的噪聲特性。

所述的移相器對兩路誤差信號進行相位匹配。

可選地，所述裝置的光路為基于光纖的光路。

可選地，所述干涉儀為不等臂邁克爾遜式光纖干涉儀。

可選地，所述干涉儀的誤差信號的探測使用的是外差式探測。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：使用低通濾波器、帶通濾波器被動選擇工作環(huán)路，利用時延不同的光纖干涉儀作為激光頻率的參考，可以在利用時延較大的光纖干涉儀保證近頻端良好的噪聲特性前提下，利用時延較小的光纖干涉儀提供較大鎖定帶寬，改善激光器遠端的噪聲特性，通過反饋控制回路，達到更好的穩(wěn)頻效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明雙干涉儀的激光穩(wěn)頻系統(tǒng)的結構示意圖。

附圖標記說明：1-激光器；2-耦合器；3-第一光纖干涉儀；4-第二光纖干涉儀；5-第一光電探測器；6-第二光電探測器；7-第一混頻器；8-第二混頻器；9-第一濾波器；10-第二濾波器；11-移相器；12-加法器；13-頻率參考源；14-頻率綜合器；15-反饋電路。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方案作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

圖1為本發(fā)明雙干涉儀的激光穩(wěn)頻系統(tǒng)的結構示意圖。如圖1所示，雙干涉儀的激光穩(wěn)頻系統(tǒng)：

包括在激光器1光路上經(jīng)過耦合器2分成兩束后，一束依次經(jīng)過時延較大的第一光纖干涉儀3，第一光電探測器5，另一束依次經(jīng)過時延較小的第二光纖干涉儀4，第二光電探測器6；所述光纖干涉儀均為不等臂的邁克爾遜式光纖干涉儀，光電探測器接收到經(jīng)過干涉儀的光信號，輸出相應電信號；

用以進行外差式誤差探測的調(diào)制解調(diào)模塊，包括頻率參考源13，頻率綜合器14，第一混頻器7，第二混頻器8；所述頻率參考源發(fā)出的頻率，經(jīng)過頻率綜合器，向第一光纖干涉儀3、第二光纖干涉儀4提供ν的頻率進行調(diào)制，并由于邁克爾遜式干涉儀中光兩次經(jīng)過聲光調(diào)制器，向第一混頻器7、第二混頻器8提供2ν的頻率對所述光電探測器輸出的電信號進行解調(diào)，輸出誤差信號；

用以對激光器進行反饋的反饋控制回路，包括第一濾波器9，第二濾波器10，移相器11，加法器12，反饋電路15；所述第一濾波器9為低通濾波器，所述第二濾波器10為帶通濾波器；所述解調(diào)后的誤差信號，一路經(jīng)過低通濾波器，一路經(jīng)過帶通濾波器、移相器，兩路信號加成，經(jīng)過反饋電路對激光器進行反饋穩(wěn)頻。

可理解的是，第一濾波器為低通濾波器，截止頻率根據(jù)第一光纖干涉儀(較大)時延差進行選擇；第二濾波器為帶通濾波器，低端截止頻率根據(jù)第一光纖干涉儀(較大)時延差進行選擇,高端截止頻率根據(jù)第二光纖干涉儀(較小)時延差進行選擇。即，在近頻端第一光纖干涉儀環(huán)路工作，在遠頻端第二光纖干涉儀環(huán)路工作。

可理解的是，為進行兩個環(huán)路的相位匹配，需要在一個環(huán)路中使用移相器，以保證穩(wěn)頻系統(tǒng)的正常鎖定。

在具體應用中，舉例來說，所述頻率綜合器提供調(diào)制信號，調(diào)制信號為75MHz。由于激光信號在長臂中往返兩次經(jīng)過聲光調(diào)制器，因此光電管探測出來的是150MHz的射頻信號，該信號與由可調(diào)頻率綜合器調(diào)制提供的150MHz解調(diào)信號進行混頻，得到誤差信號。

在具體應用中，舉例來說，所述反饋回路可以通過快速變化信號反饋給聲光調(diào)制器(AOM),慢速信號反饋給激光器的壓電陶瓷(PZT)頻率控制端口以對激光器進行穩(wěn)頻。

在具體應用中，舉例來說，所述干涉儀為不等臂邁克爾遜光纖干涉儀。

在具體應用中，舉例來說，所述干涉儀的誤差信號的探測使用的外差式探測。

本實施例的一種激光穩(wěn)頻系統(tǒng)針對光纖干涉儀穩(wěn)頻激光器的干涉儀長度差的選擇只能是環(huán)路帶寬和系統(tǒng)信噪比的折中，提出了雙干涉儀結構。利用控制模塊選擇時延不同的光纖干涉儀作為激光頻率的參考，可以在保證近頻端良好的噪聲特性前提下，依據(jù)時延較小的光纖干涉儀提供較大鎖定帶寬，改善激光器遠端的噪聲特性，通過反饋環(huán)路，達到更好的穩(wěn)頻效果。

最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明的權利要求保護的范圍。