CN101350494A - 基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光应用技术领域，本发明的方法包括以下步骤：开启并预热置于纵向磁场中的激光管，利用四分之一波片和偏振分光器初步分离激光管出射的左、右旋圆偏振光得到两正交线偏振光；利用低漂移高频光电探测器将线偏振光转变为电信号并测出电信号中直流和交流分量的幅值，从而精确分离并测得两圆偏振光的光功率P_L和P_R；调整缠绕在激光管上的电热器件的电流值，改变激光管温度和谐振腔长，使光功率差P_L－P_R为零，两偏振光频率都得到稳定；本发明的装置包括用于获得光功率直流分量和交流分量的光功率精确分离检测电路；本发明的特点是利用低漂移高频光电探测器可同时测出线偏振光中混叠的两种不同频率激光的光功率，从而提高稳频激光器的频率稳定度。

Description

基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法与装置

技术领域

本发明属于激光应用技术领域，特别是一种基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法与装置。

背景技术

激光的特点之一是单色性好，其自发辐射噪声引起的激光线宽极限很小，但由于各种不稳定因素的影响，自由运转的激光器光频率漂移远远大于线宽极限。在精密干涉测量、光频标、光通信及精密光谱研究等应用领域中，激光作为长度标准要求光频率(波长)具有很好的稳定性。在诸稳频激光器中，纵向塞曼稳频激光器由于结构简单、双频发射、频差适中易处理等特点在上述领域得到了广泛应用。

根据反馈信号的不同，纵向塞曼激光器稳频方法可分为频差稳频法和功率差稳频法。由纵向塞曼激光器的特性可知，左、右旋圆偏振光频差调谐曲线的极值点，功率差信号的零点，均属于自然基准，不易受激光管放电条件、温度、磁场强度等外界条件变化的影响，锁定于频差极值点或功率差零点的纵向塞曼激光器具有较高的频率稳定度。

美国实验天体物理学联合学院(JILA)的T.Baer等提出锁定于频差极值点的纵向塞曼激光器稳频方案(Baer T，Kowalski F V，Hall J L.FrequencyStabilization of a 0.633μm He-Ne Longitudinal Zeeman Laser.Appl.Opt.1980，(19)：3173～3177)。该稳频方案以左右旋圆偏振光频差值作为反馈信号，利用压电陶瓷调谐腔长使得激光器锁定于频差调谐曲线的极值点，从而稳定纵向塞曼激光器输出光频率获得2×10^-9的长期频率稳定度。但是，此稳频方案需要采用压电陶瓷等高速响应器件作为腔长调谐执行器来锁定极值点，不仅增加了激光管制造的工艺复杂程度，还降低了激光器的短期频率稳定度。此外，由于压电陶瓷自身的漂移和迟滞特性，很难使腔长控制在预期的精度范围内。

美国Beckman Instruments公司(美国专利：Laser stabilization servosystem，专利号US884872)和中国陕西机械学院(中国专利：热稳频双频激光器，专利号CN85102385)分别提出了锁定于功率差零点的纵向塞曼激光器热稳频方案。该稳频方案典型装置原理为通过控制缠绕在激光管外的电热薄膜的电流大小，调节激光管温度和谐振腔腔长锁定激光器工作于功率差零点。然而，在纵向塞曼激光器热稳频系统中，受到分光光路和检测电路的设计、加工和安装误差带来的影响，左、右旋圆偏振光光功率混叠、光功率检测电路参数不对称漂移，使得稳频系统锁定点偏离左、右旋圆偏振光的功率差零点，输出光频率稳定度降低。如图1(a)所示，理想情况下，纵向塞曼激光器出射的左、右旋圆偏振光通过四分之一波片转变为偏振方向相互垂直的A、B两路线偏振光，左旋圆偏振光完全转换为A路线偏振光，右旋圆偏振光完全转换为B路线偏振光，PBS将A、B两路线偏振光完全分离。然而，如图1(b)所示，由于实际激光器出射光通常是非正交椭圆偏振光，且四分之一波片、PBS均存在制造、安装误差，因此PBS输出的两路激光中均同时混叠了左、右旋圆偏振光，使得稳频系统锁定点偏离真正的功率差零点，输出光频率稳定度降低。

为解决左、右旋圆偏振光光功率检测电路的参数不对称漂移问题，美国惠普公司HP5501B及HP5519系列激光器中引入液晶旋转偏振光开光，利用同一光电转换器分时复用分别检测两圆偏振光功率，消除了光电转换器参数漂移的影响。然而，为防止引入液晶偏振光开关带来的光路不对称，该方案中光学器件加工和安装的精度要求较高，调试困难。此外，该方案没有解决左、右旋圆偏振光光功率混叠问题，光功率混叠对光频率稳定度的影响依然存在。

发明内容

为了克服上述已有技术中的不足，本发明提出了一种基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法与装置，利用光学器件初步分离纵向塞曼激光器负输出端出射的左、右旋圆偏振光获得两路线偏振光，并通过低漂移高频光电探测器检测信号进一步检测和分离线偏振光中的光功率混叠，从而使激光器负输出端出射的左、右旋圆偏振光的光功率P_L和P_R得到精确分离。此时获得的功率差零点不易受放电条件、温度、时间变化等影响，当稳频电子线路调整激光器腔长锁定左、右旋圆偏振光功率差为零时，两偏振光频率相对于增益曲线中心频率对称分布，具有很高的频率稳定度。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法，该方法包括以下步骤：

(1)开启并预热置于纵向磁场中的同轴式内腔激光管，其负输出端出射频率分别为f_L和f_R、功率分别为P_L和P_R的左、右旋圆偏振光，利用四分之一波片和偏振分光器初步分离左、右旋圆偏振光得到偏振方向相互垂直的A、B两路线偏振光，由于激光器的非理想特性以及光路的设计和调整误差带来的不同频率激光的光功率混叠和拍频干涉，A路线偏振光中混叠有功率分别为P_AL＝(1-α)P_L、P_AR＝βP_R的两种不同频率激光，B路线偏振光中混叠有功率分别为P_BL＝αP_L、P_BR＝(1-β)P_R的两种不同频率激光；

(2)利用高频光电探测器将A路线偏振光辐射转变为电信号，电信号中具有直流电平分量和频率为|f_L-f_R|的交流分量，对直、交流信号进行同等倍数的放大，测得直流分量值P₁和交流分量的振幅值P₃，相应地对B路线偏振光进行同样处理，检测得直流分量值P₂和交流分量的振幅值P₄；

(3)由P₁、P₃数值求出 $P_{\mathrm{AL}}={(\sqrt{P_1+P_3}+\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ $P_{\mathrm{AR}}={(\sqrt{P_1+P_3}-\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ 又根据P₂、P₄数值求出 $P_{\mathrm{BL}}={(\sqrt{P_2+P_4}-\sqrt{P_2-P_4})}^2/4,$ $P_{\mathrm{BR}}={(\sqrt{P_2+P_4}+\sqrt{P_2-P_4})}^2/4,$ 则可精确分离并测得激光管负输出端出射的左、右旋圆偏振光的光功率P_L＝P_AL+P_BL和P_R＝P_AR+P_BR；

(4)在激光管达到设定预热温度并接近热平衡状态后，根据左、右旋圆偏振光的光功率差ΔP＝P_L-P_R，调整缠绕在激光管上的电热器件的电流值，改变激光管温度和谐振腔长，构成稳频控制环路。控制环路锁定功率差为零，左、右旋圆偏振光频率相对于增益曲线中心频率对称分布，两光频率都得到稳定。

一种基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频装置，其组成包括：磁环、激光管、高压电源、温度传感器、电热薄膜、四分之一波片、偏振分光器、前置放大器、A/D转换器、微处理器、D/A转换器、功率放大器，本装置还包括低通滤波器、低漂移高频光电探测器、后置直流放大器、后置交流耦合放大器与峰值检波器，它们与前置放大器共同构成光功率精确分离检测电路；在偏振分光器与两个前置放大器之间分别配置一个低漂移高频光电探测器，前置放大器的输出分别与低通滤波器和后置交流耦合放大器连接，低通滤波器和后置交流耦合放大器与A/D转换器之间分别配置后置直流放大器与峰值检波器。

本发明具有以下特点和有益效果：

(1)本发明中采用低漂移高频光电接收器接收线偏振光功率信号，其输出信号既包括混叠了左、右旋圆偏振光功率的直流分量，又包括左、右旋圆偏光拍频形成的交流分量，根据低漂移高频探测器所得直流分量大小和交流分量振幅值，本发明有效地分离出线偏振光中混叠的不同频率光的光功率，从而精确地检测出左右旋圆偏振光的光功率，而现有方法由于采用低频光电接收器转换光功率获得直流分量，其偏振光功率检测结果中存在的两种偏振光的功率混叠，这是本发明区别现有技术的创新点之一；

(2)本发明中光功率的精确分离是通过低漂移高频光电探测器输出的交直流信息来实现的，低漂移高频光电探测器的引入可以消除激光器输出光非正交椭偏、四分之一波片和偏振分光器安装位置误差等带来的光功率混叠，因此本发明原理上允许四分之一波片和偏振分光器的安装存在位置误差，降低了稳频系统对器件制造和安装调试的参数精度要求，大大降低了纵向塞曼稳频激光器工业化过程中安装调试难度和工作量，而现有技术要求四分之一波片和偏振分光器有很高的位置精度，这是本发明区别现有技术的创新点之二；

(3)本发明中纵向塞曼稳频激光器通过两次光功率分离得到的左右旋圆偏振光的功率差零点作为稳频控制的锁定点，不易受激光器放电条件、温度等外界因素变化的影响，大大提高了激光器的长、短期频率稳定度，而现有技术只利用初步分离得到的线偏振光功率之差的零点作为稳频控制的锁定点，易受外界因素变化的影响，激光器频率稳定度较低，这是本发明区别现有技术的创新点之三；

附图说明

图1为已有的纵向塞曼激光器理想分光与实际分光示意图

图2为本发明装置的原理框图

图3为本发明装置的结构示意图

图4为本发明的预热过程中温度闭环控制系统示意图

图5为本发明的不等幅偏振光拍频光强示意图

图6为本发明的稳频过程光功率精确分离示意图

图7为本发明的稳频过程中功率差零点锁定闭环控制系统示意图

图8本发明的功率精确分离前后稳频过程光功率差变化数据曲线

图中，1磁环、2激光管、3高压电源、4温度传感器、5电热薄膜、6四分之一波片、7偏振分光器、8和9低漂移高频光电探测器、10和11前置放大器、12和13低通滤波器、14和15后置直流放大器、16和17后置交流耦合放大器、18和19峰值检波器、20A/D转换器、21微处理器、22D/A转换器、23功率放大器、24和25稳频状态指示灯

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

一种基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法，该方法包括以下步骤：

(1)开启高压电源3，预热置于磁环所产生纵向磁场中的同轴式内腔激光管2，其负输出端出射频率分别为f_L和f_R、功率分别为P_L和P_R的左、右旋圆偏振光，利用四分之一波片6和偏振分光器7初步分离左、右旋圆偏振光得到偏振方向相互垂直的A、B两路线偏振光，由于激光器的非理想特性以及光路的设计和调整误差带来的不同频率激光的光功率混叠和拍频干涉，A路线偏振光中混叠有功率分别为P_AL＝(1-α)P_L、P_AR＝βP_R的两种不同频率的激光，B路线偏振光中混叠有功率分别为P_BL＝αP_L、P_BR＝(1-β)P_R的两种不同频率的激光。

(2)利用低漂移高频光电探测器8和前置放大器10将A路线偏振光辐射转变为电压信号，电压信号中具有直流电平分量和频率为|f_L-f_R|的交流分量，通过后置直流放大器14、后置交流耦合放大器16分别对直、交流信号进行同等倍数的放大，测得直流分量值P₁和交流分量的振幅值P₃。相应地利用低漂移高频光电探测器9和前置放大器11后置直流放大器15、后置交流耦合放大器17对B路线偏振光进行同样处理，检测得直流分量值P₂和交流分量的振幅值P₄。

(3)由P₁、P₃数值求出 $P_{\mathrm{AL}}={(\sqrt{P_1+P_3}+\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ $P_{\mathrm{AR}}={(\sqrt{P_1+P_3}-\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ 又根据P₂、P₄数值求出 $P_{\mathrm{BL}}={(\sqrt{P_2+P_4}-\sqrt{P_2-P_4})}^2/4,$ $P_{\mathrm{BR}}={(\sqrt{P_2+P_4}+\sqrt{P_2-P_4})}^2/4,$ 则可精确分离并测得激光管2负输出端出射的左、右旋圆偏振光的光功率P_L＝P_AL+P_BL和P_R＝P_AR+P_BR。

(4)在激光管2达到设定预热温度并接近热平衡状态后，根据左、右旋圆偏振光的光功率差ΔP＝P_L-P_R，调整缠绕在激光管上的电热薄膜5的电流值，改变激光管2的温度和谐振腔长，构成稳频控制环路。控制环路锁定功率差为零，左、右旋圆偏振光频率相对于增益曲线中心频率对称分布，两光频率都得到稳定。

利用四分之一波片6、偏振分光器7初步分离激光器左、右旋圆偏振光的光功率，并通过低漂移高频光电探测器8和9检测信号进一步分离线偏振光中不同频率激光光的光功率混叠，从而使激光管负输出端出射的全部左、右旋圆偏振光的光功率P_L和P_R得到精确分离。

低漂移高频光电探测器8和9输出信息既包括光功率混叠带来的直流分量，又包括不同频率光拍频带来的高频交流分量。

利用低漂移高频光电探测器8输出直流分量值P₁和交流分量的振幅值P₃求出A路线偏振光中混叠的两种频率激光的光功率值 $P_{\mathrm{AL}}={(\sqrt{P_1+P_3}+\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ $P_{\mathrm{AR}}={(\sqrt{P_1+P_3}-\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ 利用另一低漂移高频光电探测器9输出的直流分量值P₂和交流分量的振幅值P₄求出B路线偏振光中混叠的两种不同频率激光的光功率值 $P_{\mathrm{BL}}={(\sqrt{P_1+P_3}-\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ $P_{\mathrm{BR}}={(\sqrt{P_1+P_3}+\sqrt{P_1-P_3})}^2/4.$

利用低漂移高频光电探测器8和9和检测电路精确分离光功率得到的P_AL、P_AR、P_BL和P_BR，求出激光管负输出端出射的左、右旋圆偏振光的光功率为P_L＝P_AL+P_BL和P_R＝P_AR+P_BR。

以经两次光功率分离得到的左右旋圆偏振光的功率差零点作为稳频控制的锁定点。

一种基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频装置，其组成包括：磁环1、激光管2、高压电源3、温度传感器4、电热薄膜5、四分之一波片6、偏振分光器7、前置放大器10和11、A/D转换器20、微处理器21、D/A转换器22、功率放大器23、稳频状态指示灯24和25，其特征是：本装置还包括低通滤波器12和13、低漂移高频光电探测器8和9、后置直流放大器14和15、后置交流耦合放大器16和17及峰值检波器18和19，它们与前置放大器10和11共同构成光功率精确分离检测电路。在偏振分光器7与两个前置放大器10和11之间分别配置一个低漂移高频光电探测器8或9，前置放大器10或11的输出分别与低通滤波器12或13和后置交流耦合放大器16或17连接，低通滤波器12或13和后置交流耦合放大器16或17与A/D转换器20之间分别配置后置直流放大器14或15与峰值检波器18或19。

前置放大器10和11可同等倍数的放大微弱光电流信号中直流分量和MHz量级频率的交流分量。

整个装置的工作过程分为预热和稳频两个阶段。

实施例装置开始工作时，微处理器21(ATML89C52)驱动预热状态灯24(LED)，显示装置进入预热状态；微处理器21开启高压电源3点亮激光管2；在预热控制中，微处理器21以预热目标温度为输入信号，温度传感器4(HTS206)测得的激光管温度为输出信号和反馈信号，根据MPC这一适用于滞后系统的控制算法，输出数字信号通过D/A转换器22(AD420)数模转换得到模拟电压，将此模拟电压送到功率放大器23(OPA544T)得到大功率电压信号，以控制通过电热薄膜5(诺宝陶瓷)的电流I大小，对激光管2加热。

在激光管2达到设定预热温度并接近热平衡状态后，微处理器21关断预热状态灯24(LED)，驱动稳频状态灯25(LED)，微处理器21切换整个装置开始稳频控制：激光管2负输出端发出的左右旋圆偏振光根据其偏振特性由四分之一波片6转换为正交线偏振光，再由偏振分光器7(PBS)分成A、B两路线偏振；低漂移高频光电探测器8(PIN)和前置放大器10(ICL7650)将A路光转变为电压信号，低通滤波器12、后置直流放大器14(ICL7650)、后置交流耦合放大器16、峰值检波器18分别对此电压信号中的直、交流分量进行信号调理并输出直流分量值P₁和交流分量的振幅值P₃，同样的，低漂移高频光电探测器9(PIN)、前置放大器11(ICL7650)、低通滤波器13、后置直流放大器15(ICL7650)、后置交流耦合放大器17、峰值检波器19接收B路光并输出直流分量值P₂和交流分量的振幅值P₄；微处理器21利用A/D转换器20(AD7738)同时采集P₁、P₂、P₃和P₄值，并通过运算精确分离出激光管2负输出端发出的左、右旋圆偏振光的光功率P_L、P_R进而得出其功率差ΔP＝P_L-P_R；以零值为输入信号，功率差ΔP＝P_L-P_R为反馈信号，微处理器21根据Smith-PI这一适用于热容非线性系统的控制算法，输出数字信号通过D/A转换器22数模转换得到模拟电压，将此模拟电压送到功率放大器23得到大功率电压信号，以调整通过电热薄膜5(诺宝陶瓷)的电流I大小和激光管2的谐振腔长，使得左、右旋圆偏振光频率关于增益曲线中心频率对称，光功率差趋近于零；当光功率差稳定于零值附近时，微处理器21关断稳频状态灯24(LED)，表明稳频工作完成。

图4为本发明的预热过程中温度闭环控制系统示意图，温度闭环控制系统输入信号预热目标温度T_set设定为固定值，以降低不同预热条件下激光稳频系统的环境温度、激光管气压变化带来增益曲线中心频率漂移，即减小了稳频锁定点的频率漂移，提高了激光频率稳定度。

图5给出了不等幅偏振光拍频的振幅及光强示意图。由于如图1(b)所示的激光器的非理想特性以及光路的设计和调整误差，A、B两路线偏振光中存在不同频率激光的光功率混叠，其中A路线偏振光中混叠的左、右旋圆偏振光光功率分别为P_AL＝(1-α)P_L、P_AR＝βP_R，B路线偏振光中混叠的左、右旋圆偏振光光功率分别为P_BL＝αP_L、P_BR＝(1-β)P_R，则左右旋圆偏振光在A、B两路偏振光中均形成拍频干涉。以A路偏振光为例，其混叠光信号分别如图5(a)、6(b)，由相关拍频理论可知，光拍频后形成新的光波振荡信号，如图5(c)，其振幅最大值为

最小值为因此，经光电器件以平方律检测得到光功率信号中，如图5(d)，其光功率平均值即直流分量P₁为P_AL+P_BL，光功率交流分量峰峰值为 ${(\sqrt{P_{\mathrm{AL}}}+\sqrt{P_{\mathrm{AR}}})}^2-{(\sqrt{P_{\mathrm{AL}}}-\sqrt{P_{\mathrm{AR}}})}^2=4\sqrt{P_{\mathrm{AL}}{\×P}_{\mathrm{AR}}},$ 振幅P₃为

故有A路偏振光中混叠的左旋圆偏振光功率为：

$P_{\mathrm{AL}}={(\sqrt{P_1+P_3}+\sqrt{P_1-P_3})}^2/4---\left(1\right)$

A路偏振光中混叠的右旋圆偏振光功率为：

$P_{\mathrm{AR}}={(\sqrt{P_1+P_3}-\sqrt{P_1-P_3})}^2/4---\left(2\right)$

同理，B路偏振光中混叠的右旋圆偏振光功率为：

$P_{\mathrm{BL}}={(\sqrt{P_2+P_4}-\sqrt{P_2-P_4})}^2/4---\left(3\right)$

B路偏振光中混叠的左旋圆偏振光功率为

$P_{\mathrm{BR}}={(\sqrt{P_2+P_4}+\sqrt{P_2-P_4})}^2/4---\left(4\right)$

图6给出了实现光功率精确分离的电路示意图，利用低漂移高频光电探测器8和前置放大器10将A路线偏振光辐射转变为电压信号，电压信号中具有直流电平分量和频率为|f_L-f_R|的交流分量，通过后置直流放大器14、后置交流耦合放大器16分别对直、交流信号进行同等倍数的放大，测得直流分量值P₁和交流分量的振幅值P₃；相应地，低漂移高频光电探测器9和前置放大器11后置直流放大器15、后置交流耦合放大器17对B路线偏振光进行同样处理，检测得直流分量值P₂和交流分量的振幅值P₄；微处理器21利用A/D转换器20同时采集P₁、P₂、P₃和P₄值，并通过运算精确分离出激光管2负输出端发出的左、右旋圆偏振光的光功率P_L、P_R。

图7给出了本发明稳频过程中功率差零点锁定闭环控制系统示意图。以零值为输入信号，以微处理器21精确分离左、右旋圆偏振光所得的光功率P_L、P_R之差ΔP＝P_L-P_R为反馈信号，根据Smith-PI这一适用于热容非线性系统的控制算法，输出数字信号通过D/A转换器22数模转换得到模拟电压，将此模拟电压送到功率放大器23得到大功率电压信号，以调整通过电热薄膜5的电流I大小和激光管2的谐振腔长，使得左、右旋圆偏振光频率关于增益曲线中心频率对称，光功率差趋近于零。

图8给出了功率精确分离前后稳频过程中光功率差变化数据，其中图8(a)为传统功率差稳频过程的功率差数据，图8(b)为功率精确分离后稳频过程的功率差数据。两图中的功率差经过稳频都可以控制在±3mV范围内，但图8(a)的稳频锁定点不是真正的功率差零点。由图8还可见经过功率精确分离后，与图8(a)数据相比较，图8(b)的数据分布更具有对称性，与激光管左、右旋圆偏振光的功率对称性相一致，侧面验证了此时功率差零点的真实性。

Claims (8)

1.一种基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法，其特征是该方法包括以下步骤：

(1)开启并预热置于纵向磁场中的同轴式内腔激光管，其负输出端出射频率分别为f_L和f_R、功率分别为P_L和P_R的左、右旋圆偏振光，利用四分之一波片和偏振分光器初步分离激光器左、右旋圆偏振光得到偏振方向相互垂直的A、B两路线偏振光，A路线偏振光中混叠有功率分别为P_AL＝(1-α)P_L、P_AR＝βP_R的两种不同频率激光，B路线偏振光中混叠有功率分别为P_BL＝αP_L、R_BR＝(1-β)P_R的两种不同频率激光；

(2)利用高频光电探测器将A路线偏振光辐射转变为电信号，电信号中具有直流电平分量和频率为|f_L-f_R|的交流分量，对直、交流信号进行同等倍数的放大，测得直流分量值P₁和交流分量的振幅值P₃；相应地对B路线偏振光进行同样处理，检测得直流分量值P₂和交流分量的振幅值P₄；

(3)由P₁、P₃数值求出 $P_{\mathrm{AL}}={(\sqrt{P_1+P_3}+\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ $P_{\mathrm{AR}}={(\sqrt{P_1+P_3}-\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ 又根据P₂、P₄数值求出 $P_{\mathrm{BL}}={(\sqrt{P_2+P_4}-\sqrt{P_2-P_4})}^2/4,$ $P_{\mathrm{BR}}={(\sqrt{P_2+P_4}+\sqrt{P_2-P_4})}^2/4,$ 则可精确分离并测得激光管负输出端出射的左、右旋圆偏振光的光功率P_L＝P_AL+P_BL和P_R＝P_AR+P_BR；

(4)在激光管达到设定预热温度并接近热平衡状态后，根据左、右旋圆偏振光的光功率差ΔP＝P_L-P_R，调整缠绕在激光管上的电热器件的电流值，改变激光管温度和谐振腔长，构成稳频控制环路。

2、根据权利要求1所述的基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法，其特征是：利用四分之一波片、偏振分光器初步分离激光器左、右旋圆偏振光的光功率，并通过低漂移高频光电探测器检测信号进一步分离线偏振光中不同频率激光光的光功率混叠，从而使激光管负输出端出射的全部左、右旋圆偏振光的光功率P_L和P_R得到精确分离。

3、根据权利要求2所述的基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法，其特征是：低漂移高频光电探测器输出信息既包括光功率混叠带来的直流分量，又包括不同频率光拍频带来的高频交流分量。

4、根据权利要求2或3所述的基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法，其特征是：利用低漂移高频光电探测器输出直流分量值P₁和交流分量的振幅值P₃求出A路线偏振光中混叠的两种频率激光的光功率值 $P_{\mathrm{AL}}={(\sqrt{P_1+P_3}+\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ $P_{\mathrm{AR}}={(\sqrt{P_1+P_3}-\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ 利用另一低漂移高频光电探测器输出的直流分量值P₂和交流分量的振幅值P₄求出B路线偏振光中混叠的两种不同频率激光的光功率值 $P_{\mathrm{BL}}={(\sqrt{P_1+P_3}-\sqrt{P_1-P_3})}^2/4,$ $P_{\mathrm{BR}}={(\sqrt{P_1+P_3}+\sqrt{P_1-P_3})}^2/4.$

5、根据权利要求2或3或4所述的基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法，其特征是：利用低漂移高频光电探测器和检测电路精确分离光功率得到的P_AL、P_AR、P_BL和P_BR，求出激光管负输出端出射的左、右旋圆偏振光的光功率为P_L＝P_AL+P_BL和P_R＝P_AR+P_BR。

6、根据权利要求1所述的基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频方法，其特征是：以经两次光功率分离得到的左右旋圆偏振光的功率差零点作为稳频控制的锁定点。

7、一种基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频装置，其组成包括：磁环、激光管、高压电源、温度传感器、电热薄膜、四分之一波片、偏振分光器、前置放大器、A/D转换器、微处理器、D/A转换器、功率放大器、稳频状态指示灯，其特征是：本装置还包括低漂移高频光电探测器、低通滤波器、后置直流放大器、后置交流耦合放大器与峰值检波器，它们与前置放大器共同构成光功率精确分离检测电路；在偏振分光器与两个前置放大器之间分别配置一个低漂移高频光电探测器，前置放大器的输出分别与低通滤波器和后置交流耦合放大器连接，低通滤波器和后置交流耦合放大器与A/D转换器之间分别配置后置直流放大器与峰值检波器。

8、根据权利要求7所述的基于光功率精确分离的纵向塞曼激光器稳频装置，其特征是：前置放大器可同等倍数的放大微弱光电流信号中直流分量和MHz量级频率的交流分量。

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