CN103915754A - 基于声光移频的双边缘稳频激光器 - Google Patents

基于声光移频的双边缘稳频激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN103915754A
CN103915754A CN201410137230.2A CN201410137230A CN103915754A CN 103915754 A CN103915754 A CN 103915754A CN 201410137230 A CN201410137230 A CN 201410137230A CN 103915754 A CN103915754 A CN 103915754A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
laser
acousto
optic
photodetector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410137230.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103915754B (zh
Inventor
程学武
林鑫
杨勇
武魁军
李亚娟
夏媛
宋沙磊
刘林美
陈振威
熊俊
李发泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Institute of Physics and Mathematics of CAS
Original Assignee
Wuhan Institute of Physics and Mathematics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Institute of Physics and Mathematics of CAS filed Critical Wuhan Institute of Physics and Mathematics of CAS
Priority to CN201410137230.2A priority Critical patent/CN103915754B/zh
Publication of CN103915754A publication Critical patent/CN103915754A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103915754B publication Critical patent/CN103915754B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

本发明公开了基于声光移频的双边缘稳频激光器，该稳频激光器由激光器（1）、两个分束镜（2、5）、声光移频器（3）准直透镜（4）、鉴频器（6）、四个光电探测器（7、8、9、10）、采样卡（11）、计算机（12）和激光驱动器（13）组成；采用声光移频器（3）将激光器（1）的输出频率从fL平移到fL’(fL’=fL+Δf)，分别对应鉴频光谱线的左右两个斜边，通过双斜边鉴频方式扣除鉴频器（6）受环境温度改变导致谱线展宽的影响；采用差分方式扣除激光能量误差带来的频率影响；通过改变声光移频器的频移量，将激光器（1）的输出频率精确锁定在偏离鉴频光谱线中心峰Δf的频率点上，提高了斜边稳频的精度和长期稳定度。

Description

基于声光移频的双边缘稳频激光器
技术领域
本发明涉及激光稳频（激光频率稳定）领域，尤其涉及采用斜边锁定的激光稳频方法。
背景技术
激光具有很好的单色性，即激光频谱带宽非常窄，可极好地与原子、分子等物质产生相互作用，用于研究物质的特性、结构、变化等特征，如激光雷达、激光光谱等。然而，激光的输出频率（波长）常常会受到外界环境因素的影响，如温度、密度、机械振动等等，这些细微变化会影响激光输出频率改变，而这种频率微小变化直接会影响到被探测参量的精度和准确性，因此，高光谱分辨观测应用常常采用主/被动激光稳频技术。
主动激光稳频方式主要有中心峰值稳频和边缘斜率稳频两种，前者通过微小频率调制将激光输出频率锁定在鉴频光谱线的峰值或者谷值处（如：Long term laser frequency control for applications in atomic physics, Measurement Science and Technology, V11:N111~N116, 2000; 铯分子饱和吸收谱的半导体激光器稳频，中国激光，37(5):1182~1185,2010）；后者则利用鉴频光谱线（或标准具）单个斜边的斜率将激光输出频率锁定在斜边某一频率点上（如：Stabilization of diode laser frequency to atomic transitions, Optica Applicata, XXXIV(4): 607~618,2004; 注入锁定激光器的边带锁频技术稳频系统优化分析，光学学报，37(9):1748~1752, 2008）。
单边缘斜边锁定方式的频率基准是基于稳定的光谱线线型，然而，实际的原子分子光谱谱线会随着温度、压力等外界环境的变化而产生谱线宽度展宽和斜率改变，因此这种单边缘斜边稳频方式对光谱线的环境温度稳定性要求极高，微小的温度变化都会对激光输出频率产生较大频率偏移，使得这种单斜边稳频方式的频率稳定度和精度难以提高。
发明内容
本发明的目的是：提供一种基于声光移频的双边缘稳频激光器，利用声光调制器将中心峰值频率为fL的输入激光频移到fL’(fL’= fL+Δf)上，然后将fL和fL’两束不同频率激光同时送入鉴频器的双斜边上，同时鉴别这两束光的频率变化，实现输入激光的高精度频率稳定；通过改变声光移频器的频率大小，可实现锁定输出激光频率在斜边的不同频率点，满足不同实际需求。与现有技术相比，本发明的优点是利用双边缘斜率同时检测两激光频率，消除光谱线线型受环境温度影响的缺陷，有效提高激光输出频率的长期稳定度和精度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于声光移频的双边缘稳频激光器由激光器；两个分束镜；声光移频器；准直透镜；鉴频器；四个光电探测器；采样卡；计算机及激光驱动器组成；其中：激光器、第一分束镜、声光移频器、准直透镜、第二分束镜、鉴频器和第二光电探测器依次排列，激光器、声光移频器、准直透镜和第二光电探测器同光轴，第二光电探测器的光敏面位于声光移频器零级光光轴的中心，第一分束镜和第二分束镜均与光轴呈45度角，声光移频器的零级和一级光均穿过鉴频器，第一光电探测器放置于鉴频器的后面，其光敏面位于声光移频器一级光光轴的中心，第三光电探测器的光敏面位于第二分束镜反射方向零级光光轴的中心，第四光电探测器的光敏面位于第二分束镜反射方向一级光光轴的中心；第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器和第四光电探测器的输出信号分别与多通道采样卡的输入端连接，采样卡的输出端与计算机连接，计算机与激光驱动器的输入端连接，激光驱动器控制激光器的波长。
本发明的优点和效果：
基于声光移频的双边缘稳频激光器实现对激光器输出激光频率精确、长期稳定地锁定在鉴频光谱线的设定频率点上，具有如下特点：激光的输出频率已知，偏离中心峰值频率f0的Δf/2处，具有稳频精度高；改变声光移频器的频移量(Δf)，可以稳定激光输出频率在不同的频率点上，满足不同频率输出要求；利用双边缘斜边稳频方法，有效降低环境温度对光谱线谱型的影响，提高鉴频器的环境适应能力。
附图说明
图1 为基于声光移频的双边缘稳频激光器的结构示意图。
其中，1激光器；2第一分束镜；3声光移频器；4准直透镜；5第二分束镜；6鉴频器；7第一光电探测器；8第二光电探测器；9第三光电探测器；10第四光电探测器；11 采样卡；12计算机；13激光驱动器。
图2 为本发明的稳频原理图。
图3 为原子鉴频光谱线与环境温度关系曲线。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作进一步的说明。
实施例1
基于声光移频的双边缘稳频激光器由激光器1；两个分束镜2、5；声光移频器3；准直透镜4；鉴频器6；四个光电探测器7、8、9、10；采样卡11；计算机12及激光驱动器13组成；其中：激光器1、第一分束镜2、声光移频器3、准直透镜4、第二分束镜5、鉴频器6和第二光电探测器8依次排列，激光器1、声光移频器3、准直透镜4和第二光电探测器8同光轴，第二光电探测器8的光敏面位于声光移频器3零级光光轴的中心，第一分束镜2和第二分束镜5均与光轴呈45度角，声光移频器3的零级和一级光均穿过鉴频器6，第一光电探测器7放置于鉴频器6的后面，其光敏面位于声光移频器3一级光光轴的中心，第三光电探测器9的光敏面位于第二分束镜5反射方向零级光光轴的中心，第四光电探测器10的光敏面位于第二分束镜5反射方向一级光光轴的中心；第一光电探测器7、第二光电探测器8、第三光电探测器9和第四光电探测器10的输出信号分别与多通道采样卡11的输入端连接，采样卡11的输出端与计算机12连接，计算机12与激光驱动器13的输入端连接，激光驱动器13控制激光器1的波长。
其中：所述的鉴频器6采用原子泡或者分子泡。
本发明的工作原理为：
激光器1发出的激光经过第一分束镜2分出一部分激光到声光移频器3，声光移频器3的零级光输出方向不变，一级光相对零级光有θ角度的偏离，这两束光同时入射到准直透镜4上，准直透镜4的焦点在声光移频器3的中心，这样这两束光经准直透镜4后就变成平行的两束光。这两束光经第二分束镜5后分两路，一路透射光经鉴频器6后分别送入第一和第二光电探测器7、8，用于检测两不同频率激光在原子光谱线斜率处的信号强度，不同的信号强度对应不同激光频率；另一路反射光分别进入第三和第四光电探测器9、10，用于检测两不同频率激光的功率，以扣除由于激光功率抖动带来的鉴频误差。这四路光电探测器7、8、9、10的信号经多通道采样卡11，送入计算机12，经信号比较和处理后，推动激光驱动器13，使激光器1输出频率稳定到指定的频率点。信号的比较、处理与激光频率驱动，是本领域的公知常识。
其稳频工作原理如图2所示，图中横坐标代表频率，纵坐标代表信号强度。假定激光器1输出零级光的频率为fL，那么，经声光频移(Δf)后一级光频率为fL’(fL’= fL+Δf)，fL和fL’位于鉴频光谱线两边斜率处，因此通过调节激光器1的输出频率fL，使得fL和fL’的信号强度I1和I1’相等，这样可激光输出频率fL精确锁定在偏离中心峰值频率(f0)的Δf/2处。改变声光移频器3的频移范围Δf，可精确锁定激光输出频率在鉴频光谱线斜率的任意点上。
当鉴频原子光谱线受环境温度变化，会产生谱线的展宽和信号强度的变化，如图3所示。图中给出三种不同温度下原子谱线的线型，不同光谱线代表不同温度下原子光谱线的形状，两条竖线分别代表激光输出频率fL和经声光频移(Δf)后的频率fL’，可以看出，在温度从20℃变化到35℃时，如果采用单边缘斜率鉴频，输出频率会出现偏差，如果利用双边缘斜率鉴频，就可以很好的消除温度带来的频率偏移误差，实现激光输出频率的精确锁定。
基于声光移频的双边缘稳频激光器的工作流程为：
激光器1发射频率为fL的激光，经第一分束镜2后，部分透射光送入到声光移频器3，经声光移频器3后，频率为fL的零级光出射激光束方向不变，经过准直透镜4中心后，被第二分束镜5分为两束，其透射光束再经过鉴频器6后送入第二光电探测器8；被第二分束镜5反射的光直接送入第三光电探测器9，这两个光电探测器8、9通过差分即可扣除激光能量误差对鉴频光谱线左边fL频率的影响；从声光移频器3出来的一级光频率为fL’，且与零级光之间有θ角度的偏离，通过焦点在声光移频器3上的准直透镜4边缘后成为和零级光平行的光线，同样，再经第二分束镜5后分两束，其透射光束再经过鉴频器6后送入第一光电探测器7；被第二分束镜5反射的光直接送入第四光电探测器10，这两个光电探测器7、10通过差分即可扣除激光能量误差对鉴频光谱线右边fL’频率的影响；这四个光电探测器7、8、9、10出来的电压信号送入多通道采样卡11，然后由计算机12采集和处理，比较两鉴频谱线频率是否一致，若不一致则推动激光驱动器13改变激光器1的输出激光波长，最终将输出激光稳定在指定频率处，其处理方法为该领域常用的处理方法。

Claims (1)

1.基于声光移频的双边缘稳频激光器，其特征在于，该稳频激光器由激光器（1）；两个分束镜（2、5）；声光移频器（3）；准直透镜（4）；鉴频器（6）；四个光电探测器（7、8、9、10）；采样卡（11）；计算机（12）及激光驱动器（13）组成；其中：激光器（1）、第一分束镜（2）、声光移频器（3）、准直透镜（4）、第二分束镜（5）、鉴频器（6）和第二光电探测器（8）依次排列，激光器（1）、声光移频器（3）、准直透镜（4）和第二光电探测器（8）同光轴，第二光电探测器（8）的光敏面位于声光移频器（3）零级光光轴的中心，第一分束镜（2）和第二分束镜（5）均与光轴呈45度角，声光移频器（3）的零级和一级光均穿过鉴频器（6），第一光电探测器（7）放置于鉴频器（6）的后面，其光敏面位于声光移频器（3）一级光光轴的中心，第三光电探测器（9）的光敏面位于第二分束镜（5）反射方向零级光光轴的中心，第四光电探测器（10）的光敏面位于第二分束镜（5）反射方向一级光光轴的中心；第一光电探测器（7）、第二光电探测器（8）、第三光电探测器（9）和第四光电探测器（10）的输出信号分别与多通道采样卡（11）的输入端连接，采样卡（11）的输出端与计算机（12）连接，计算机（12）与激光驱动器（13）的输入端连接，激光驱动器（13）控制激光器（1）的波长。
CN201410137230.2A 2014-04-08 2014-04-08 基于声光移频的双边缘稳频激光器 Active CN103915754B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410137230.2A CN103915754B (zh) 2014-04-08 2014-04-08 基于声光移频的双边缘稳频激光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410137230.2A CN103915754B (zh) 2014-04-08 2014-04-08 基于声光移频的双边缘稳频激光器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103915754A true CN103915754A (zh) 2014-07-09
CN103915754B CN103915754B (zh) 2016-12-07

Family

ID=51041237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410137230.2A Active CN103915754B (zh) 2014-04-08 2014-04-08 基于声光移频的双边缘稳频激光器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103915754B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105958316A (zh) * 2016-06-22 2016-09-21 中国科学院国家授时中心 基于铯原子饱和吸收谱的半导体自动稳频激光器
CN107171175A (zh) * 2017-07-06 2017-09-15 中国科学院武汉物理与数学研究所 一种能同时进行多束激光稳频的法布里珀罗腔装置
CN110856305A (zh) * 2018-07-27 2020-02-28 罗伯特·博世有限公司 调节光学传感器系统的光源的发射光功率的方法和控制器
CN110854663A (zh) * 2019-11-19 2020-02-28 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种抑制锁频零点漂移的偏振光谱稳频系统
CN111725697A (zh) * 2020-06-22 2020-09-29 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种多波长激光束产生方法及装置
CN114221206A (zh) * 2021-11-29 2022-03-22 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 激光稳频移频系统及激光器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1632994A (zh) * 2004-11-12 2005-06-29 中国科学院武汉物理与数学研究所 一种锁相激光稳频方法
CN103151696A (zh) * 2013-02-20 2013-06-12 中国科学院武汉物理与数学研究所 激光频率和功率的稳定方法及稳定装置
WO2013148757A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 Imra America, Inc. Methods for precision optical frequency synthesis and molecular detection

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1632994A (zh) * 2004-11-12 2005-06-29 中国科学院武汉物理与数学研究所 一种锁相激光稳频方法
WO2013148757A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 Imra America, Inc. Methods for precision optical frequency synthesis and molecular detection
CN103151696A (zh) * 2013-02-20 2013-06-12 中国科学院武汉物理与数学研究所 激光频率和功率的稳定方法及稳定装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105958316A (zh) * 2016-06-22 2016-09-21 中国科学院国家授时中心 基于铯原子饱和吸收谱的半导体自动稳频激光器
CN105958316B (zh) * 2016-06-22 2019-01-11 中国科学院国家授时中心 基于铯原子饱和吸收谱的半导体自动稳频激光器
CN107171175A (zh) * 2017-07-06 2017-09-15 中国科学院武汉物理与数学研究所 一种能同时进行多束激光稳频的法布里珀罗腔装置
CN110856305A (zh) * 2018-07-27 2020-02-28 罗伯特·博世有限公司 调节光学传感器系统的光源的发射光功率的方法和控制器
CN110854663A (zh) * 2019-11-19 2020-02-28 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种抑制锁频零点漂移的偏振光谱稳频系统
CN111725697A (zh) * 2020-06-22 2020-09-29 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种多波长激光束产生方法及装置
CN114221206A (zh) * 2021-11-29 2022-03-22 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 激光稳频移频系统及激光器

Also Published As

Publication number Publication date
CN103915754B (zh) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103915754A (zh) 基于声光移频的双边缘稳频激光器
CN104316186B (zh) 一种基于光学频率梳的光谱测量方法
WO2016154780A1 (zh) 激光干涉波长杠杆式绝对距离测量装置与方法
CN110837109B (zh) 原子激发态光谱获得方法和超精细能级测量方法与装置
CN105785386B (zh) 基于f‑p标准具的高精度调频连续波激光测距系统
Prellinger et al. Spectroscopically in situ traceable heterodyne frequency-scanning interferometry for distances up to 50 m
Camenzind et al. Dynamic and precise long-distance ranging using a free-running dual-comb laser
CN102735430A (zh) 位相延迟的检测方法及检测装置
CN105136681A (zh) 一种弹光调制和电光调制级联测微小线性双折射的装置
CN106767473A (zh) 光学共振腔的腔长量测装置
CN103592652A (zh) 基于单固体fp标准具四边缘技术的双频率多普勒激光雷达测量系统
CN104457988A (zh) 一种红外光谱测量装置
CN103809167A (zh) 一种fp干涉型光谱滤波器谐振频率锁定装置及方法
CN108761485B (zh) 法布里-珀罗干涉仪、干涉装置及多普勒测风激光雷达
US11378401B2 (en) Polarization-maintaining fully-reciprocal bi-directional optical carrier microwave resonance system and angular velocity measurement method thereof
Cheng et al. Precision and repeatability improvement in frequency-modulated continuous-wave velocity measurement based on the splitting of beat frequency signals
CN103809166A (zh) 一种迈克尔逊干涉型光谱滤波器谐振频率锁定装置及方法
CN203965129U (zh) 扫描共焦腔f-p干涉仪自由光谱范围测量系统
CN103760135B (zh) V型能级结构原子的速度转移激光光谱测量装置及方法
CN104914443A (zh) 一种快速扫描的高精度激光测距方法
CN102608043A (zh) 激光环路光子晶体气室式痕量气体分子浓度测量方法
CN202351429U (zh) 一种激光相位法测距装置
CN205175412U (zh) 一种谐振式光纤陀螺谐振频率跟踪系统
CN104155642A (zh) 基于可溯源同步测尺的混合双光源激光测距装置与方法
CN114696899A (zh) 基于多频外差原理和光载微波干涉的距离测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant