CN104198057A - 一种测量单频脉冲激光频率稳定性的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电子学和测量技术领域，具体涉及一种测量单频脉冲激光频率稳定性的方法与装置。本发明的方法采用高稳定性的参考光源作为频率标准，通过将参考光束相对于待测光束产生一定量的频移，并与待测光束进行拍频，通过拍频信号的频率信息得到待测单频脉冲激光的频率稳定性信息。本发明的装置结构简单，使用该装置实现的测量方法实时性好，测量结果精度高，完成了对单频脉冲激光的频率稳定性的实时测量，科学的解决了单频脉冲激光的频率稳定性测量设计难度高及由于测量系统自身抖动引起测量误差大的问题。

Description

一种测量单频脉冲激光频率稳定性的方法与装置

技术领域

本发明属于光电子学和测量技术领域，具体涉及一种测量单频脉冲激光频率稳定性的方法与装置。

背景技术

多普勒激光雷达不仅要求激光发射源是单频输出，而且还要求脉冲激光发射源具有很高的频率稳定性。根据不同的测风精度要求，在1064nm波长下至少要求频率稳定在几MHz以内，因此对脉冲激光的频率稳定性进行精确测量显得尤为重要。人们通常的做法是采用高精度的干涉仪测量，并通过观察干涉条纹的稳定性来确定频率稳定性，但是由于研究对象本身频率已经比较稳定，所需要观测的仅仅是几MHz以内的频率抖动，要精确测量如此小的频率抖动，对干涉仪本身的分辨率、干涉仪的腔长稳定性以及干涉条纹的测量和分析都提出了非常高的要求；此外，在绝大多数实验条件下，也难以区分激光器和干涉仪各自对频率抖动产生的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种测量单频脉冲激光频率稳定性的方法与装置，该方法和装置可精确的对频率稳定性已经很好的单频脉冲激光器的频率稳定性进行测量，实时性好，精确直观，具有非常大的实用价值。

一方面，本发明提供了一种测量单频脉冲激光频率稳定性的方法，该方法采用高稳定性的参考光源作为频率标准，通过将参考光束相对于待测光束产生一定量的频移，并与待测光束进行拍频，通过拍频信号的频率信息得到待测单频脉冲激光的频率稳定性。该方法具体的步骤包括：

1)将参考光源的输出光频率f’锁定在待测单频脉冲激光源的输出光频率f上；

2)调节参考光源，使其输出光频率f’相对待测光源输出光频率f产生一定量的频移Δf；

3)将待测光源输出光与参考光源输出光进行拍频；

4)信号采集与处理：拍频信号由光电探头探测后，经过数据采集和处理软件对所述拍频信号进行傅里叶变换，得到待测脉冲的频率稳定性信息。

优选的，所述步骤2)中Δf的最终选择根据示波器的显示时域拍频信号来决定，且满足每一脉冲包络中包含至少两周期的拍频信号。当然，Δf的值也不能过大，满足拍频率不太高的要求，不能超过常规的光电探头和数据采集卡的探测和采集能力。更优选的，所述步骤2)中Δf满足每一脉冲包络中包含两周期的拍频信号。

另一方面，本发明提供了一种测量单频脉冲激光频率稳定性的装置，该装置包括待测光源、参考光源、半波片一、格兰棱镜一、反射镜、半透半反镜、半波片二、格兰棱镜二、半波片三、光电探头、数据采集卡和计算机。

所述参考光源满足连续单频激光输出，不仅自身要有很高的频率稳定性，而且其频率f’可调且与待测光源频率f基本相同，谱线宽度要小于待测脉冲的谱线宽度。

所述半波片一、格兰棱镜一、反射镜、半透半反镜、半波片二、格兰棱镜二、半波片三、光电探头为参考光源及待测光源对应波段的光学器件。

所述半波片一与格兰棱镜一，表面可镀膜或不镀膜，但是得保证待测光源的透射光束垂直通过这两个光学器件中心，配合调节，使得待测光源透射光强度适当。

所述半波片二与格兰棱镜二，表面也可镀膜或不镀膜，但是得保证参考光源的透射光束垂直通过该两个光学器件中心，配合调节，使得参考光源透射光强度适当。

所述待测光源透射光经反射镜及半透半反镜反射后与参考光源经半透半反镜的透射光进行拍频，反射镜及半透半反镜配合用于调节这两束光路的完全重合。

所述半波片一与格兰棱镜一、半波片二与格兰棱镜二配合调节使得光电探测器接受的来源参考光源和待测光源的光强度相等。

所述半波片三置于光路中，用于调节光电探测器接收的分别来源于参考光源和待测光源的光的偏振方向，使两者保持一致。

拍频信号由所述光电探头探测，且由数据采集卡负责采集，最终交予计算机分析处理后，得出实时的单频脉冲激光的频率稳定性测量曲线。

本发明的有益效果：

本发明的装置结构简单、测量结果精度高。本发明的方法通过将参考光源相对于待测光源产生一定量频移，使得一个脉冲包络中包含至少两周期的拍频信号，与待测光源进行拍频，拍频信号用常规的光电探头探测和数据采集卡采集后，通过软件分析处理，由频谱信息得出待测脉冲激光的频率稳定性，实时的实现了单频脉冲激光的线宽和频率稳定性的测量，科学的解决了单频脉冲激光的频率稳定性测量设计难度高及由于测量系统自身抖动引起测量误差大的问题。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图中标号：1-待测光源，2-参考光源，3-半波片一，4-格兰棱镜一，5-反射镜，6-半透半反镜，7-半波片二，8-为格兰棱镜二，9-半波片三，10-光电探头，11-数据采集卡，12-计算机。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种测量单频脉冲激光频率稳定性的装置，包括待测光源1，参考光源2，半波片一3，格兰棱镜一4，1064nmHR-45度反射镜5，1064nm-45度半透半反镜6，半波片二7，格兰棱镜二8，半波片三9，光电探头10，数据采集卡11和计算机12。

参考光源2采用Innolight公司的平面环型腔(NPRO)激光器，拥有很高的稳定性，输出1064nm单频线偏振的激光的瞬时光谱线宽为KHz量级，每分钟频率漂移小于1MHz，长期频率漂移小于45MHz/3h。待测光源1为1064nm NPRO结构种子注入的线偏振单频脉冲激光器。调节参考光源2频率f’与待测光源1的频率f一致，即通过波长计观察到参考光源和待测光源的中心波长重合。将参考光源2相对于待测光源1进行约160MHz的频移，即Δf＝160MHz。如图1所示摆置光路，通过1064nmHR-45度反射镜5和1064nm-45度半透半反镜6来调节探测器探测方向上的来源于参考光源2和待测光源1的两束光的光路重合，通过半波片一3与格兰棱镜一4配合以及半波片二7与格兰棱镜二8配合调节待测光源1和参考光源2，使得两者照射至探测方向上的强度一致，即通过功率计观察两者功率基本相同。通过半波片三9调节待测光源1和参考光源2在探测方向偏振一致。通过1G的光电探头10探测拍频信号，2G数据采集卡采集后交予计算机12处理。

由上述方法和装置测量得到待测光源1的谱线宽度为50.17MHz，3000个脉冲的频率稳定度均方根值4.71MHz，频率波动范围26.65MHz。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种测量单频脉冲激光频率稳定性的方法，其特征在于，该方法的具体步骤包括：

1)将参考光源的输出光频率f’锁定在待测单频脉冲激光源的输出光频率f上；

2)调节参考光源，使其输出光频率f’相对待测光源输出光频率f产生一定量的频移Δf；

3)将待测光源输出光与参考光源输出光进行拍频；

4)信号采集与处理：拍频信号由光电探头探测后，经过数据采集和处理软件对所述拍频信号进行傅里叶变换，得到待测脉冲的频率稳定性信息。

2.根据权利要求1所述的一种测量单频脉冲激光频率稳定性的方法，其特征在于，所述步骤2)中Δf满足每一脉冲包络中包含至少两周期的拍频信号。

3.根据权利要求2所述的一种测量单频脉冲激光频率稳定性的方法，其特征在于，所述步骤2)中Δf满足每一脉冲包络中包含两周期的拍频信号。

4.一种测量单频脉冲激光频率稳定性的装置，其特征在于，所述装置包括待测光源(1)，参考光源(2)，半波片一(3)，格兰棱镜一(4)，反射镜(5)，半透半反镜(6)，半波片二(7)，格兰棱镜二(8)，半波片三(9)，光电探头(10)，数据采集卡(11)和计算机(12)。

5.根据权利要求4所述的一种测量单频脉冲激光频率稳定性的装置，其特征在于，所述半波片一(3)、格兰棱镜一(4)、半波片二(7)、格兰棱镜二(8)表面镀膜。