CN106877168A - 一种基于eom和pzt的光学共振腔的锁定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于EOM和PZT的光学共振腔的锁定装置，在共振腔前光路上放置EOM1，通过EOM1给入射激光相位调制正弦信号，在共振腔内放入EOM2，并调节共振腔模式匹配，将入射腔镜的反射光强信号分成两路，分别和正弦信号混频后低通滤波，得到两路鉴频误差信号；将一路误差信号接入PID1，调节安装在共振腔镜上的压电陶瓷PZT，将共振腔锁定在激光输出透射峰上，将另一路误差信号接入PID2，将初步锁定的共振腔进一步优化锁定。本发明先用响应速度慢、锁定带宽较小的PZT将共振腔锁定，再用响应速度快、锁定带宽大的共振腔内EOM2优化锁定效果，共振腔的锁定带宽得到提高，输出光强的波动更小，共振腔的稳定性更高。

Description

一种基于EOM和PZT的光学共振腔的锁定装置
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体是一种光学共振腔的锁定装置。
背景技术
光学共振腔是降低激光强度噪声和相位噪声并改善光斑质量的一种行之有效的技术手段，对非经典光场的产生起着重要作用。良好的激光空间模式，可以提高后续实验中的腔模式匹配效率，例如倍频过程，较高的模式匹配效率可以降低倍频过程的阈值，提高倍频转化效率；同时还可以提高其作为本底光与OPO过程输出的压缩光之间的模式重叠率，保证平衡零拍探测系统具有高的探测效率。另一方面，低噪声的泵浦激光对高质量非经典光场的产生也很重要。共振腔的稳定性直接关系到输出激光的质量。
目前主要采用压电陶瓷PZT来反馈锁定共振腔，使输出激光强度长期稳定的保持在透射峰上。但是这种装置的锁定带宽主要受限于驱动PZT的高压放大器，其带宽一般为几kHz，对高频抖动的锁定效果较差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种光学共振腔的锁定装置，能够提高控制系统的锁定带宽，优化锁定效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光学共振腔的锁定装置，包括光电探测器、电光相位调制器、PID控制器、混频器、低通滤波器和耦合透镜。
所述的信号发生器为一号电光相位调制器提供正弦信号；所述的一号电光相位调制器放置在激光注入光学共振腔的腔前光路上，给入射激光相位调制正弦信号；所述的光学共振腔内放置二号电光相位调制器；相位调制后的入射激光经过一号耦合透镜调节共振腔模式匹配，入射腔镜的反射光经过二号耦合透镜照射到光电探测器；所述的光电探测器提取入射腔镜的反射信号，分成两路，分别利用混频器和正弦信号混频，然后再分别经过低通滤波器，共得到两路鉴频误差信号；一路鉴频误差信号输入一号PID控制器，一号PID控制器输出的控制信号通过高压放大器调节安装在共振腔镜上的压电陶瓷PZT，将光学共振腔锁定在激光输出透射峰上；另一路鉴频误差信号接入二号PID控制器，二号PID控制器输出的控制信号连接二号电光相位调制器，继续将共振腔锁定在激光输出透射峰上。
本发明的有益效果是：先通过锁定带宽较低的PZT锁定共振腔，然后再通过共振腔内的EOM继续锁定，由于EOM响应速度快，锁定带宽大，所以能够克服外界环境的高频扰动，从而增大了整个系统的锁定带宽，优化了锁定效果，输出激光可以持久稳定的保持在最大透射峰上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中，1-激光器，2-电光相位调制器，3-信号发生器，4-低通滤波器，5-PID控制器，6-高压放大器，7-光学共振腔，8-电光相位调制器，9-耦合透镜，10-耦合透镜，11-混频器，12-光电探测器，13-混频器，14-PID控制器，15-低通滤波器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供的一种光学共振腔的锁定装置，包括以下内容：
(1)在共振腔前光路上放置电光相位调制器EOM1，通过共振腔前EOM1给入射激光相位调制正弦信号，在共振腔内放入另一个EOM2，并调节共振腔模式匹配，将入射腔镜的反射光强信号分成两路，分别和正弦信号混频后低通滤波，得到两路鉴频误差信号。
(2)将一路误差信号接入PID1控制器中，PID1的控制信号通过高压放大器调节安装在共振腔镜上的压电陶瓷PZT，利用PID1控制器将共振腔锁定在激光输出透射峰上。
(3)将另一路误差信号接入第二个PID2控制器，PID2的控制信号连接共振腔内EOM2，利用PID2将初步锁定的共振腔进一步优化锁定。
基于PZT的锁定装置由于驱动PZT的高压放大器和PZT的工作带宽较低，所以对共振腔锁定带宽有限，当环境扰动较快时，输出激光的强度波动较大。本发明先通过锁定带宽较低的PZT锁定共振腔，然后再通过共振腔内的EOM继续锁定，由于EOM响应速度快，锁定带宽大，所以能够克服外界环境的高频扰动，从而增大了整个系统的锁定带宽，优化了锁定效果，输出激光可以持久稳定的保持在最大透射峰上。
本发明的实施例如图1所示，包括激光器1、电光相位调制器2、8、信号发生器3、光电探测器12、PID控制器5、14、高压放大器6、光学共振腔7、混频器11、13、低通滤波器4、15和耦合透镜9、10。
本发明的操作步骤如下：
(1)激光器1发出的激光注入到光学共振腔7，在共振腔前光路上放置一号电光相位调制器EOM 2，信号发生器3给其提供正弦信号。通过共振腔前EOM 2给入射激光相位调制正弦信号，在共振腔内放入二号电光相位调制器EOM 8，并利用一号耦合透镜9调节共振腔模式匹配，入射腔镜的反射光经过二号耦合透镜10后照射到光电探测器12，光电探测器12提取入射腔镜的反射信号。将入射腔镜的反射信号分成两路，分别利用混频器11、13和正弦信号混频，然后再分别经过低通滤波器4、15得到两路鉴频误差信号。
(2)将一路误差信号接入一号PID控制器5中，一号PID控制器5的控制信号通过高压放大器6调节安装在共振腔镜上的压电陶瓷PZT，利用一号PID控制器5将共振腔锁定在激光输出透射峰上。
(3)将另一路误差信号接入二号PID控制器14，二号PID控制器14的控制信号连接共振腔内EOM 8，利用二号PID控制器14继续将共振腔锁定在激光输出透射峰上，使经过步骤(2)后初步锁定的共振腔得到进一步优化锁定。

Claims (1)

1.一种基于EOM和PZT的光学共振腔的锁定装置，包括光电探测器、电光相位调制器、PID控制器、混频器、低通滤波器和耦合透镜，其特征在于：所述的信号发生器为一号电光相位调制器提供正弦信号；所述的一号电光相位调制器放置在激光注入光学共振腔的腔前光路上，给入射激光相位调制正弦信号；所述的光学共振腔内放置二号电光相位调制器；相位调制后的入射激光经过一号耦合透镜调节共振腔模式匹配，入射腔镜的反射光经过二号耦合透镜照射到光电探测器；所述的光电探测器提取入射腔镜的反射信号，分成两路，分别利用混频器和正弦信号混频，然后再分别经过低通滤波器，共得到两路鉴频误差信号；一路鉴频误差信号输入一号PID控制器，一号PID控制器输出的控制信号通过高压放大器调节安装在共振腔镜上的压电陶瓷PZT，将光学共振腔锁定在激光输出透射峰上；另一路鉴频误差信号接入二号PID控制器，二号PID控制器输出的控制信号连接二号电光相位调制器，继续将共振腔锁定在激光输出透射峰上。
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