CN103532002B - 一种固体或气体激光器快速稳频方法 - Google Patents

一种固体或气体激光器快速稳频方法 Download PDF

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一种固体或气体激光器的快速稳频的方法，其特征在于：使用反馈装置使得激光器的频率得到稳定，其中采用反馈装置监测到的腔长变化信息来驱动压电陶瓷的移动来补偿腔长的变化，所述的压电陶瓷上安装有谐振腔的反射镜。

Description

一种固体或气体激光器快速稳频方法
技术领域
本发明涉及激光稳频技术，属于光电子技术领域。
背景技术
根据现有技术可以得知，目前激光器的输出一般都不是稳定的，也即其输出的激光波长会随着时间变化，而在很多时候，实际的应用中往往需要稳定波长的输出，为了获得稳定的波长输出，一般都会使用稳频装置进行稳频。其中附图1示出了激光谐振腔内所形成稳定谐振的波长需要满足2nL=mλ，其中L为谐振腔的腔长，n为激光增益介质的折射率(或者称为谐振腔内的平均折射率)，λ为所能形成稳定振荡的激光波长，也即要求2倍的腔长光程等于波长的整数倍，根据上面的公式可以得到并且由于c=λf，可以得出：那么在激光谐振腔内能够形成稳定谐振的激光频率为具有均匀间隔的多个，如图2所示，由于每种激光增益介质都具有各自的增益曲线，如果正好有一个谐振频率处于增益曲线的最大值处，并且两侧的频率又相隔比较远，那么在此处即可形成比较稳定的谐振，但是如果出现如图3所示的情况，在增益曲线的中心部分存在多个频率，那么在此处就存在多个频率竞争，此处形成稳定谐振的概率就比较小，其中最可能形成稳定振荡的就是最靠近增益谱线中线的那个频率，同时，由于外界温度或者震动等因素的影响，谐振腔的腔长也会发生微小的改变，这种改变包括变长和变短，腔长的变化会导致谐振波长的移动，谐振波长移动之后就可能使得正在稳定振荡的波长变得相对于另外一个波长来说远离增益介质的增益光谱中心，那么此时能够形成稳定振荡的就会变成另外一个波长，现有技术中为了形成稳定的输出，一般都使用反馈装置，也即使用一个监测装置监测激光束的输出波长，当激光器的输出波长变长的时候就会调节腔长，使得腔长变短，从而使得输出的波长变短，也即回到原来的波长，反之，当输出的波长变短的时候就延长腔长，从而使得回到原来的波长，调节腔长的办法有很多种，其中最常用的一个方式就是使用压电陶瓷来调节其中一个腔反射镜的位置，这些均属于本领域公知的，此处不再赘述，但是现有的这种调节方式存在着诸多问题，问题之一就是调节时间长，过程慢，因为不管腔长变化了多少，都要按照相反的效应来移动反射镜，反射镜移动快了很容易就会将原来的谐振频率错过去，慢了就使得整个调节过程变得漫长，特别当错过距离最近的那个合适点时，需要至少移动一个波长才能再次找到原来的频率点，浪费时间更长，本发明正是针对该问题而提出来的，寻找一种快速的稳频调节方式。
发明内容
本发明为解决上述的技术问题而提出了一种针对固体或气体激光器的快速稳频方法，其中的一个谐振腔反射镜安装在压电陶瓷上。
本发明包括：
一种固体或气体激光器的快速稳频的方法，其特征在于：使用反馈装置使得激光器的频率得到稳定，其中采用反馈装置监测到的腔长变化信息来驱动压电陶瓷的移动来补偿腔长的变化，所述的压电陶瓷上安装有谐振腔的反射镜。
具体的稳频方法如下：
步骤一、首先判断是否成立，其中电压V为反馈装置检测激光器输出波长变化后为了补偿腔长变化而需要给压电陶瓷施加的电压，压电陶瓷移动时对应的电压的正值为V1，其中λ为激光器的输出波长，n为谐振腔的平均折射率，如果成立执行步骤二，如果不成立执行步骤三；
步骤二、压电陶瓷的移动方向为与腔长的变化方向相反，也即如果反馈装置检测到的是腔长变长了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长变短，反之，如果反馈装置检测到的是腔长变短了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长变长，并且此时压电陶瓷所施加的最大电压的绝对值应小于
步骤三、压电陶瓷的移动方向与原来腔长变化的方向一致，也即如果反馈装置检测到的是腔长变长了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长继续变长，反之，如果反馈装置检测到的是腔长变短了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长继续变短，并且此时压电陶瓷所施加的最大电压的绝对值应小于等于
步骤四、在步骤二或步骤三中，如果首次将压电陶瓷的电压施加到最大值后仍然没有找到原来的频率点，则应当逐步降低所施加的电压向回进行搜索，直至寻找到原来的频率点。
附图说明
图1示出了一般的激光器谐振腔内的谐振频率；
图2为当谐振腔的谐振频率与激光增益介质的增益谱线的中心重合的情况；
图3示出了当谐振腔的谐振频率与激光增益介质的增益谱线的中心不重合的情况；
图4示出了腔长变化时对激光输出波长的影响。
具体实施方式
下面在结合附图4的基础上来说明本发明的快速稳频方法，根据现有技术可以得知，激光器内的谐振频率需要满足2nL=mλ，如果一开始该波长λ就处于激光增益介质增益谱线的中心位置或者为距离增益谱线中心位置最近的波长，那么该波长就会在激光器内形成稳定的振荡，从而使得其他波长猝灭，当腔长发生变化之后(无论是变长还是缩短)，必然会导致激光输出的波长发生变化，发生变化的原因就是由于腔长的变化使得其他波长更靠近增益介质增益谱线的中心位置，但是从附图4中可以看出，如果腔长的变化量为那么实际上激光器的输出波长是没有任何变化的，因为此时腔长的变化所导致的光程的增加或者减少相当于一个波长，当发生的变化是一个波长时，那么只是相当于由mλ变化到了(m-1)λ或者(m+1)λ，而当变化是n个波长时，只是相当于由mλ变化到了(m-n)λ或者(m+n)λ，这样的移动相当于没有发生移动，激光器的输出波长并不会发生任何变化，因为此时只是相当于移动了一个周期，又移动到原来的位置上了，这可以从背景技术中提到的公式推导得到，从这个公式可以看到，当腔长的变化为时，谐振波长又回到原来的位置上，也即此时又是该波长最接近增益介质谱线的中心位置，所以实际上腔长的变化导致的输出波长的变化是周期性的，所以如果腔长右移动的距离已经超过了(也即图4中虚线所示出两实线的中间位置)，在此时如果想回到原来的位置(也即mλ处)如果继续向前移动，也即向前移动到(m+1)λ也是相当于回到了mλ，并且在此时移动(m+1)λ处的距离相对于移动到mλ处的距离更短，并且由于此时已经超过了所以如果是向(m+1)λ处移动的话，其移动的距离必定是小于等于就必定可以移动到(m+1)λ处，反之也是一样的，如果腔长向左移动的距离超过了那么也是向(m-1)λ处移动时移动的距离最短，并且移动的距离必定是在之内即可移动该位置，如果腔长变化的长度小于那么如果要回到原来的频率处，则向原来的mλ处移动距离是最短的，并且移动的距离必定是在之内即可移动该位置，以上述分析为基础，来提出本发明的快速稳频方法，首先设定调节腔长的压电陶瓷移动时对应的电压为V1(此电压值为正值)，如果反馈装置检测激光器输出波长变化后为了补偿腔长变化而需要给压电陶瓷施加的电压V的绝对值则压电陶瓷的移动方向为反腔长的变化方向，也即如果反馈装置检测到的是腔长变长了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长变短，反之，如果反馈装置检测到的是腔长变短了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长变长，并且此时压电陶瓷所施加的最大电压的绝对值应小于如果施加的电压绝对值等于或大于仍然没有找到原来的频率点，则应当逐步降低所施加的电压向回进行搜索，直至寻找到原来的频率点，如果反馈装置检测激光器输出波长变化后为了补偿腔长变化而需要给压电陶瓷施加的电压V的绝对值则压电陶瓷的移动方向与原来腔长变化的方向一致，也即如果反馈装置检测到的是腔长变长了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长继续变长，反之，如果反馈装置检测到的是腔长变短了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长继续变短，并且此时压电陶瓷所施加的最大电压的绝对值应小于等于如果施加的电压的绝对值大于仍然没有找到原来的频率点，则应当逐步降低所施加的电压向回进行搜索，直至寻找到原来的频率点，使用该方法的优点如下：
首先判断了为了补偿腔长变化对于压电陶瓷所施加的电压的绝对值数值，然后根据该绝对值与预定值的比较的结果判断压电陶瓷的移动方向，这样的能够以最短的移动距离使得频率回到原来的位置上，并且设定了使压电陶瓷移动的而施加的电压值应小于等于如果超过了这个数值还没有找到原来的频率点，则应该降低电压值往回搜索，以这样的方式首先由于先判断移动方向以保证最短的移动距离就减少了稳频时间，其次由于设定了所施加的电压要小于等于这样就避免由于错过原来的频率点而漫无目的的再次寻找，这样相对原来的技术来说，这样就极大的减少了稳频时间。由于固体或气体激光器可以将谐振腔的一个反射镜直接安装在压电陶瓷上，所以这种调节方式对于固体激光器来说应用非常方便简单。

Claims (1)

1.一种固体或气体激光器的快速稳频的方法，使用反馈装置使得激光器的频率得到稳定，其中采用反馈装置监测到的腔长变化信息来驱动压电陶瓷的移动来补偿腔长的变化，所述的压电陶瓷上安装有谐振腔的反射镜，其特征在于：具体的稳频方法如下：
步骤一、首先判断是否成立，其中电压V为反馈装置检测激光器输出波长变化后为了补偿腔长变化而需要给压电陶瓷施加的电压，压电陶瓷移动时对应的电压的正值为V1，其中λ为激光器的输出波长，n为谐振腔的平均折射率，如果成立执行步骤二，如果不成立执行步骤三；
步骤二、压电陶瓷的移动方向与腔长的变化方向相反，也即如果反馈装置检测到的是腔长变长了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长变短，反之，如果反馈装置检测到的是腔长变短了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长变长，并且此时压电陶瓷所施加的最大电压的绝对值应小于
步骤三、压电陶瓷的移动方向与原来腔长变化的方向一致，也即如果反馈装置检测到的是腔长变长了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长继续变长，反之，如果反馈装置检测到的是腔长变短了，则压电陶瓷的移动方向使得腔长继续变短，并且此时压电陶瓷所施加的最大电压的绝对值应小于等于
步骤四、在步骤二或步骤三中，如果首次将压电陶瓷的电压施加到最大值后仍然没有找到原来的频率点，则应当逐步降低所施加的电压向回进行搜索，直至寻找到原来的频率点。
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