CN111123060A - 一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器测量领域，公开了一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量方法，装置包括光栅外腔反馈半导体激光器、偏振光谱发生装置、稳频反馈环路、信号发生器、声音发生器、混频器、滤波器和信号采集器，信号发生器用于产生频率连续扫描的正弦波驱动声音发生器产生声音激励，光栅外腔反馈半导体激光器的输出信号经偏振光谱发生装置产生的偏振光谱信号被分为三路，一路输入稳频反馈环路后反馈给待测半导体激光器，另一路与信号发生器的输出信号一起注入混频器，并经滤波器低通滤波后输出到信号采集器采集。本发明可以实现不同结构、不同材料的隔音系统的隔音特性。对基于激光技术的声音传感和声学精密测量的研究具有重要的意义。

Description

一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置和方法

技术领域

本发明属于声学测量领域，具体涉及一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置和方法，用于测量不同材料或不同结构系统的声音响应特性。

背景技术

传统的测量声音的方法通常采用混响、隔声、消声箱等方案，衡量材料隔音效果时需要利用声压计或声强计直接测量声音信号在穿过材料前后的声压级，其原理是利用传声器将声音信号转为电信号，通过滤波器或放大器处理，最终换算为表征声音强度的声压、声强等物理量，比较声压级的变化得到材料的隔音效率。

显然当前声音测量技术已经相对成熟，但现有的声音传感技术大多基于力学或电学特性，对于声致振动的传感信号都是直接响应，传感器本身的噪声，特别是在低频区难于得到有效的抑制。此外，从提高测量灵敏度和测量带宽的角度来审视，依然需要有很多面向精密测量方法的探索和研究。通常的传感或物理测量方案中，非电物理量的精确测量往往需要通过敏感元件将其大小的变化转换为电压或电流幅度的变化。但是在测量信号采集和处理过程中总是不可避免地存在电学噪音的干扰，从而影响测量灵敏度的进一步提高。当前最精确的物理测量就是频率，因此建立待测物理量同频率的对应关系是实现高精度物理测量的基本手段。

半导体二极管激光器是最实用最重要的一类激光器。它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。外腔半导体激光器的输出激光具有窄线宽、可调节、频率稳定等突出优点，因而在高分辨率光谱分析、光纤通信、计量检测，生物医学诊断等领域都有着广泛的应用前景。因此，结合半导体二极管激光器进行材料或结构系统的声音特性的测量，对基于激光技术的声音传感和声学精密测量的研究具有重要的意义。

发明内容

本发明可克服现有技术存在的低频灵敏度不足的问题，提供了一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置和方法，通过记录激光器输出频率在声音扰动下的频率漂移，将声音信号或声致响应转化为可准确测量的光频段的激光频率相对参考频率的波动，通过激光器输出频率的差异来表征不同材料及不同结构的隔声特性，实现了更宽频段的声学特性测量。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置，包括光栅外腔反馈半导体激光器、偏振光谱发生装置、稳频反馈环路、信号发生器、声音发生器、混频器、滤波器和信号采集器；所述信号发生器用于产生频率连续扫描的正弦波驱动声音发生器产生声音激励；光栅外腔反馈半导体激光器的输出信号经所述偏振光谱发生装置产生偏振光谱信号后，偏振光谱信号被分为三路，一路作为反馈信号输入所述稳频反馈环路， 经所述稳频反馈环路处理得到稳频信号后反馈给光栅外腔反馈半导体激光器，另一路与所述信号发生器的输出信号一起注入所述混频器，并经所述滤波器低通滤波后得到对应频率处声音扰动导致的激光器系统频率起伏幅度，频率起伏信号输出到所述信号采集器采集，从而获得激光器的声音响应特性，第三路输入所述信号采集器，用于实时监测声音响应和偏振光谱信号。

所述偏振光谱发生装置包括第一二分之一波片、第一偏振分束棱镜、四分之一波片、原子玻璃气室、分束器、第二二分之一波片、第二偏振分束棱镜、第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜和差分探测器，光栅外腔反馈半导体激光器的输出光经第一二分之一波片和第一偏振分束棱镜后分为两束，其中一束作为泵浦光依次经四分之一波片、第二全反镜、分束器后反射进入原子玻璃气室实现原子极化，另一束作为探测光经第一全反镜、原子玻璃气室、分束器后入射到第二二分之一波片，然后经第二偏振分束棱镜，分成功率相等的两束光，一束直接入射到差分探测器，另一束经第三全反镜反射后入射到差分探测器，差分探测器探测得到偏振光谱。

所述稳频反馈环路包括快速反馈环路和慢速反馈环路，所述快速反馈通道包括高通滤波器和比例积分放大器，所述慢速反馈环路包括低通滤波器和比例积分放大器，所述反馈信号的一部分经所述高通滤波器和和比例积分放大器后反馈给光栅外腔反馈半导体激光器的电流调制端口构成快速反馈通道，另一部分经低通滤波器和比例积分放大器后反馈给光栅外腔反馈半导体激光器的光栅电压调制端口构成慢速反馈通道。

所述光栅外腔反馈半导体激光器为输出光栅外腔半导体激光器，其上设置有电流调制端口和光栅电压调制端口，所述电流调制端口用于输入电流调制信号和快速反馈信号，所述电压调制端口用于输入慢速反馈信号。

所述的一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置，还包括方波信号发生器，用于给所述光栅外腔反馈半导体激光器的电流调制端口输入方波调制信号。

此外，本发明还提供了一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量方法，采用所述的测量装置实现，包括以下步骤：

S1、搭建测量装置；

S2、观察信号采集器得到的偏振光谱，实现激光器频率相对于原子跃迁线的偏振光谱稳频；

S3、优化稳频反馈环路的响应带宽，选择电流和电压反馈的比例、积分、以及滤波参数，获得不小于100kHz的闭环带宽；

S4、将待测器件放置在光栅外腔反馈半导体激光器外侧，开启信号发生器，将其输出的频率连续扫描的正弦波信号分为两路，一路驱动声音发生器发声激励光栅外腔反馈半导体激光器，另一路作为参考信号，与偏振光谱信号一起输入混频器，改变信号发生器输出信号的频率，通过信号采集器测量并记录在不同频率的声音激励下激光器的输出激光频率起伏的幅度，通过频率起伏幅度来表征和鉴别光栅外腔反馈半导体激光器对不同声音的响应差别，进而得到待测器件的声学特性。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：利用光栅外腔反馈半导体激光器对声音信号敏感的特性，以原子跃迁线或光学谐振腔作为频率参考，建立负反馈稳频环路，压窄激光器的线宽并提高激光器的频率稳定性，将环境中其他影响声学特性测量的因素抑制在很低的水平，并保证了系统工作的长期稳定性。在闭环带宽之内，通过测量不同频率的声音信号扰动下激光稳频系统反馈量的差异，最终分辨不同材料或不同结构下声学腔的幅频响应特性。将测量声学响应特性转化为激光频率测量，这对基于激光技术的声音传感和声学精密测量的研究具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量方法的连接示意图；其中：实线为光连接，虚线为电连接。

图2为本发明实施例中铷原子饱和吸收谱与偏振光谱对比图。

图3为本发明实施例中优化后稳频环路系统同激光器开环自由运转时动态特性曲线。

图4为本发明实施例中在频率为1200Hz声音激励条件下激光器的频率波动。

图5为本发明实施例中利用点频法测量对比隔音机壳的隔音特性。

图6为本发明实施例中利用扫频法测量并分析机壳的隔音特性。

图7为本发明实施例中表征待测系统隔音特性的工作示意图。

图中：1-光栅外腔反馈半导体激光器（包括电流调制端口a和电压调制端口b），2-光学隔离器，3-第一二分之一波片，4-第一偏振分束棱镜，5-第一45度全反镜，6-四分之一波片，7-原子玻璃气室，8-第二45度全反镜，9-分束器，10-第二二分之一波片，11-第二偏振分束棱镜，12-第三45度全反镜，13-差分探测器，14-稳频反馈环路，15-混频器，16-低通滤波器，17-信息采集器，18-信号发生器，19-声音发生器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于半导体激光器外腔的隔声特性测量装置，用于测量不同环境下激光器输出频率起伏对于声学激励的响应，获得激光器输出的声音响应特性，从而可对比不同材料或不同声学腔结构声音响应并获得隔声特性，整个测量装置可分成两个主要的部分，1）半导体激光器及其偏振光谱无调制稳频；2）稳频激光器系统对声音响应的相关检测。其中第一部分主要有如下几个部件：光栅外腔反馈半导体激光器1、光学隔离器2、第一二分之一波片3和偏振分束棱镜4构成半导体激光器及输出功率调节子系统；第一45度全反镜5，四分之一波片6，原子玻璃气室7，第二45度全反镜8，分束器9，第二二分之一波片10，第二偏振分束棱镜11，第三45度全反镜12，差分探测器13构成偏振光谱发生装置。而第二部分包括信号发生器18、声音发生器19、声音响应检测单元（包含混频器15、低通滤波器16和信号采集器17。在第二部分中，所述信号发生器18用于产生频率连续扫描的正弦波驱动声音发生器19产生声音激励，同时作为相干检测的参考信号用于实现对13输出的偏振光谱频率起伏信号的相关检测。

其中，光栅外腔反馈半导体激光器1输出的光经隔离器2后，进入偏振光谱发生装置中

产生鉴频信号，鉴频信号被信号分路器（图中未示出）分为三路，其中，第一路通过包含有滤波器和比例积分放大器的稳频反馈环路14处理后反馈给光栅外腔反馈半导体激光器1构建闭环稳频环路；第二路导入混频器15用于实现声音响应的相关检测，同时与从信号发生器18输出的，作为相关检测的参考信号一起进入混频器，经过滤波器16低通滤波后得到声音扰动导致的激光器系统频率起伏，频率起伏信号输出到所述信号采集器17采集，从而获得激光器的声音响应特性，第三路输入所述信号采集器17，用于在系统调试时实时监测偏振光谱信号。

所述偏振光谱发生装置包括第一二分之一波片3、偏振分束棱镜4、四分之一波片6、原子玻璃气室7、分束器9、第二二分之一波片10、第二偏振分束棱镜11、第一全反镜5、第二全反镜8、第三全反镜12和差分探测器13，光栅外腔反馈半导体激光器1的输出光经第一二分之一波片3和偏振分束棱镜4后分为两束，其中一束作为泵浦光依次经四分之一波片6、第二全反镜8、经分束器9后反射进入原子玻璃气室7实现原子极化，另一束作为探测光经第一全反镜5、原子玻璃气室7、分束器9后入射到第二二分之一波片10，然后经第二偏振分束棱镜11，分成功率相等的两束光，一束直接入射到差分探测器13，另一束经第三全反镜12反射后入射到差分探测器13，差分探测器13探测得到偏振光谱。

具体地，本实施例中，光栅外腔反馈半导体激光器1为780nm的半导体激光器，原子玻璃气室7为铷原子气室，声音发生器19为音箱，混频器15具体为乘法器，信号采集器17为数字示波器。本实施例中的频率参考为铷原子，光栅外腔反馈半导体激光器1对应铷原子D2线跃迁，当然也可以选择为795nm，对应铷原子D₁线，或者选择原子玻璃气室7为铯原子气室，此时光栅外腔反馈半导体激光器1的波长为D2线852nm或D1线894nm，如果频率参考选用光学参考腔提供频率参考，则对激光器波长没有特别要求。

具体地，本实施例中，光栅外腔半导体激光器1设置有电流调制端口和光栅电压调制端口，所述电流调制端口用于输入电流调制信号和快速反馈信号，所述电压调制端口用于输入慢速反馈信号，所述快速反馈通道包括高通滤波器和和比例积分放大器，所述慢速反馈环路包括低通滤波器和比例积分放大器。所述反馈信号的一部分经所述高通滤波器和和比例积分放大器后反馈给光栅外腔反馈半导体激光器1的电流调制端口构成快速反馈通道，另一部分经低通滤波器和比例积分放大器后反馈给光栅外腔反馈半导体激光器1的光栅电压调制端口构成慢速反馈通道。

本发明实施例中，偏振光谱发生装置得到的铷原子偏振光谱作为稳频反馈环路14的鉴频反馈信号，通过两条环路分别反馈到激光器的电流调制端口和通过压电陶瓷控制光栅反馈角度的电压调制端口，依据闭环系统动态特性曲线优化两个环路的参数，进而构建宽带宽、高稳定性的闭环稳频回路，保证激光系统的长期稳定性。

如图2所示，在获取偏振光谱的同时采集了饱和吸收谱，实线是偏振光谱鉴频曲线，虚线是⁸⁷Rb原子从 5S_1/2F_g=2到激发态5P_3/2F_e=1、2、3超精细跃迁的饱和吸收谱。图2中T₃为⁸⁷Rb 5S_1/2 F_g=2到 5P_3/2 F_e=3超精细跃迁吸收峰，C_2.3表示5S_1/2 F_g=2到能级5P_3/2 F_e=2和5P_3/2 F_e=3的交叉线吸收峰，根据铷原子的能级结构可知两个吸收位置的中心频率差。基于此在T₃位置附近，可标定偏振光谱类色散信号频率与电压的对应关系，根据鉴频信号的电压幅度以及鉴频曲线的频率范围，可得出激光器输出频率波动的标度因子。进一步地，本发明实施例提供了一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量方法，采用所述的测量装置实现，包括以下步骤：

S1、搭建测量装置；

S2、观察信号采集器17得到的偏振光谱，实现激光器频率相对于原子跃迁线的偏振光谱的无调制稳频；

S3、优化稳频反馈环路的响应带宽，选择电流和电压反馈的比例、积分、以及滤波参数，获得不小于100kHz的闭环带宽；

S4、将待测器件放置在光栅外腔反馈半导体激光器1外侧，开启信号发生器18，将其输出的，频率连续扫描的正弦波信号分为两路，一路驱动声音发生器19发声激励光栅外腔反馈半导体激光器1，另一路作为参考信号，与偏振光谱信号一起输入混频器15，改变信号发生器18输出的正弦波信号的频率，通过信号采集器17测量并记录在不同频率的声音激励下激光器的输出激光的频率起伏幅度，通过频率起伏的幅度来表征和鉴别光栅外腔反馈半导体激光器1对不同声音的响应差别，进而得到待测器件的声学特性。

本发明实施例中，优化稳频系统闭环带宽，需要以系统动态特性曲线作为依据，协调优化光栅外腔和注入电流两路频率校正环路各自的参数，以得到适于测量声致振动的系统。根据自动控制理论，系统动态特性的测量可选择一系列不同频率、相同幅度的正弦波作为激励信号，测量激光频率变化同激励信号的关系，以得到系统动态特性曲线，但该方法的缺点在于需要多次测量，工作繁复。

根据方波的傅里叶变换：

可以知 道，频率为的方波可以看作以为基频，频率间隔为2的多个正弦波按一定规律叠加 的信号，因此我们选择方波作为激励信号，从激光器的激励恒流源的调制端口引入以调制 激光频率，利用数字存储示波器采集差分探测器输出的偏振光谱信号作为系统的输出，对 系统输出和输入的时域信号分别进行频谱分析，理论上可一次性得到各阶谐波在对应频点 处系统的响应幅值与干扰信号的幅值，二者之比即为系统的相对增益，从而方便、高效测量 表征系统输出频率对输入扰动的动态响应特性。在选择方波信号的频率和幅度时应遵循的 规则是：激光器输出频率对方波信号的响应幅度在线性响应区且不落入噪声内，以保证动 态响应曲线的不失真测量。利用数字存储示波器采集输入信号与输出信号时，选择合适的 采样时间以保证较大的频率分析范围以及较高的频率分辨率。

如图3是优化系统参数后的系统动态特性。通过对比开环和闭环的幅频特性可以发现，开环系统对低频信号有着显著的响应，而闭环系统对干扰的抑制作用十分明显，如在120Hz处，对比开环与闭环增益可以得出：在120Hz附近的外界因素诸如环境振动、无序声音扰动等外界因素引起的激光器低频漂移均可被抑制到开环时的万分之一，此时系统增益平坦区增大，满足了测量声音强度对系统的要求。带宽优化的闭环系统一方面可获得高稳定的激光输出频率，更重要的是可大大抑制闭环带宽范围干扰对激光频率的影响，同时保持系统长期工作的稳定性。

利用信号发生器产生正弦电信号通过BNC线加载到线性不失真范围在160Hz-20kHz的音箱上产生声音信号，显然调节信号发生器输出的正弦波的频率、幅度可改变声音信号的频率、强弱。作为用于研究声学特性的激励源。为防止音箱的声膜振动产生额外噪声，音箱被悬挂在激光器同一水平面的5cm处。在音箱工作时，将一系列单频正弦信号逐次加载到音箱上，记录偏振光谱装置构成的测频系统的输出信号可获得激光器对声音信号的响应。结合标度因子，便可得到在声音扰动下激光器的频率漂移量。

图4示出了本发明实施例中在频率为1200Hz声音激励条件下激光器的频率波动图，其中(a)表示激光器稳频后无隔音装置时，对音箱输入1200Hz的正弦波信号，记录激光器频率的波动；（b）表示对该信号进行频谱分析的结果图，此时在1200Hz处，信号振幅约0.549mv，根据标度因子410kHz/mV，可知激光频率波动的幅度约225kHz。此时测量噪声等效的激光频率波动幅度约为500Hz，也就是说在1200Hz频率附近声音响应测量系统可以分辨出导致激光器频率波动大于500Hz的声音，本次测量的信噪比225kHz/500Hz，约为450。

类似的，使用信号发生器分别在多个频率点处输出正弦波驱动音箱扰动激光器，经过对测频信号的频谱分析，获得准确的激光频率起伏，可获得激光器对多个频率声音扰动的测量。理论上，声音信号对激光器输出幅度的影响在加上隔音机壳后会被削弱，如图5所示，在相同的声音信号扰动下，加上隔音机壳前后激光器响应特性的差别。因此，通过上述实验，可以测量隔音机壳的声学特性，此外，还可以将待测的材料做成隔音机壳放置在激光器外侧，以对材料的声学特性进行测试，还可以将待测的隔声结构放置在激光器外侧，以测试结构的声学特性。

为了提高测量的效率，还可利用相干检测的办法，将宽频率的连续扫频信号加载到音箱，并将其作为参考信号，利用锁相放大器分析偏振光谱信号，直接获得对应频率处激光频率起伏的信息，再由示波器就可以直接观察激光器的声音响应特性。图6为本发明实施例中利用扫频法测量并分析机壳的隔音特性的结果图，图6中（a）为测量对比了隔音机壳对于激光器声音响应的差别，(b)为无机壳时的响应幅度与有机壳时的比值，可以更直观的观察到激光器隔音机壳的隔音特性。当比值大于1时,说明声致振动对激光频率的影响被抑制,即隔音有效；比值等于或小于1时隔音失效。

相对于传统的声音强度测量实验，本方法以闭环稳频系统的动态特性依据，在优化环路参数的基础上，获得了带宽大于150kHz的闭环系统，有效抑制环境中低频噪声对声致振动测量系统的干扰，实现了单个频率处以及多个频率声音强度的精确测量。 在本实验的基础上还可以开展激光声音传感和基于激光技术的声音精密测量和研究,还可以为精密加工制造行业精确到纳米级提供理论指导和实验基础。

另外, 需要指出的是，本发明不仅可以用于对本实施例中所述的对比有无机壳时隔音效果的差别，如果更换声源与外腔间的隔音材料或改变光栅外腔所处的隔音装置的结构，则激光器的频率响应随之改变，从而可以通过将激光器的置于不同结构或者有不同材料构建的声学腔或者隔音器件后，对比声音激励下不同材料以及不同隔音结构的激光器频率响应获得他们相应的声音响应获得隔音特性。

如图7所示，为本发明实施例用于对待测量声音特性分析的系统工作示意图。实际上通过以上的测量装置可以分析不同机械结构的机壳导致的声音响应差异，以及在同一机壳中填充不同材质的隔音材料导致的声音响应差异。

本发明利用光栅外腔反馈半导体激光器对声音信号敏感的特性，有效地将声音扰动强度同激光频率相对于参考频率的起伏量对应起来，因此，光栅外腔反馈半导体激光器是实现声音传感、测量声音响应特性和隔音特性的理想工具。在本发明中基于激光器频率起伏研究声学特性，考虑到激光频率对于驱动源电流噪声、外界环境如温度、空气流动等因素的变化也比较敏感，构成了激光器频率噪声的主要来源，所以环境导致的频率起伏最终会恶化声学特性测量的灵敏度。因此，本发明实施中最重要的一个技术前提是抑制外界环境无规扰动带来的激光器输出频率噪声。我们利用原子跃迁线或光学谐振腔作为频率参考，建立负反馈稳频环路，压窄激光器的线宽并提高激光器的频率稳定性，将环境扰动导致的激光器输出光频率抑制在很低的水平，并保证了系统工作的长期稳定性。

本发明提供了一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置和方法，在闭环带宽的频率范围之内，通过测量不同频率的声音信号扰动下激光稳频系统反馈量的差异，最终可分辨不同材料或不同结构声学腔的幅频响应特性。将测量声学响应特性的问题转化为激光频率起伏量差异的测量，这对基于激光技术的声音传感和声学精密测量的研究具有重要的意义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置，其特征在于，包括光栅外腔反馈半导体激光器（1）、偏振光谱发生装置、稳频反馈环路（14）、信号发生器（18）、声音发生器（19）、混频器（15）、滤波器（16）和信号采集器（17）；所述信号发生器（18）用于产生频率连续扫描的正弦波驱动声音发生器（19）产生声音激励；光栅外腔反馈半导体激光器（1）的输出信号经所述偏振光谱发生装置产生偏振光谱信号后，偏振光谱信号被分为三路，一路作为反馈信号输入所述稳频反馈环路（14）， 经所述稳频反馈环路（14）处理得到稳频信号后反馈给光栅外腔反馈半导体激光器（1），另一路与所述信号发生器（18）的输出信号一起注入所述混频器（15），并经所述滤波器（16）低通滤波后得到对应频率处声音扰动导致的激光器系统频率起伏幅度，频率起伏信号输出到所述信号采集器（17）采集，从而获得激光器的声音响应特性，第三路输入所述信号采集器（17），用于实时监测声音响应和偏振光谱信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置，其特征在于，所述偏振光谱发生装置包括第一二分之一波片（3）、第一偏振分束棱镜（4）、四分之一波片（6）、原子玻璃气室（7）、分束器（9）、第二二分之一波片（10）、第二偏振分束棱镜（11）、第一全反镜（5）、第二全反镜（8）、第三全反镜（12）和差分探测器（13），光栅外腔反馈半导体激光器（1）的输出光经第一二分之一波片（3）和第一偏振分束棱镜（4）后分为两束，其中一束作为泵浦光依次经四分之一波片（6）、第二全反镜（8）、分束器（9）后反射进入原子玻璃气室（7）实现原子极化，另一束作为探测光经第一全反镜（5）、原子玻璃气室（7）、分束器（9）后入射到第二二分之一波片（10），然后经第二偏振分束棱镜（11），分成功率相等的两束光，一束直接入射到差分探测器（13），另一束经第三全反镜（12）反射后入射到差分探测器（13），差分探测器（13）探测得到偏振光谱。

3.根据权利要求1所述的一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置，其特征在于，所述稳频反馈环路（14）包括快速反馈环路和慢速反馈环路，所述快速反馈通道包括高通滤波器和比例积分放大器，所述慢速反馈环路包括低通滤波器和比例积分放大器，所述反馈信号的一部分经所述高通滤波器和和比例积分放大器后反馈给光栅外腔反馈半导体激光器（1）的电流调制端口构成快速反馈通道，另一部分经低通滤波器和比例积分放大器后反馈给光栅外腔反馈半导体激光器（1）的光栅电压调制端口构成慢速反馈通道。

4.根据权利要求1所述的一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置，其特征在于，所述光栅外腔反馈半导体激光器（1）为输出光栅外腔半导体激光器，其上设置有电流调制端口和光栅电压调制端口，所述电流调制端口用于输入电流调制信号和快速反馈信号，所述电压调制端口用于输入慢速反馈信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量装置，其特征在于，还包括方波信号发生器，用于给所述光栅外腔反馈半导体激光器（1）的电流调制端口输入方波调制信号。

6.一种基于半导体激光器外腔的声学特性测量方法，其特征在于，采用权利要求1所述的测量装置实现，包括以下步骤：

S1、搭建测量装置；

S2、观察信号采集器得到的偏振光谱，实现激光器频率相对于原子跃迁线的偏振光谱稳频；

S3、优化稳频反馈环路的响应带宽，选择电流和电压反馈的比例、积分、以及滤波参数，获得不小于100kHz的闭环带宽；

S4、将待测器件放置在光栅外腔反馈半导体激光器（1）外侧，开启信号发生器（18），将其输出的频率连续扫描的正弦波信号分为两路，一路驱动声音发生器（19）发声激励光栅外腔反馈半导体激光器（1），另一路作为参考信号，与偏振光谱信号一起输入混频器（15），改变信号发生器（18）输出信号的频率，通过信号采集器（17）测量并记录在不同频率的声音激励下激光器的输出激光频率起伏的幅度，通过频率起伏幅度来表征和鉴别光栅外腔反馈半导体激光器（1）对不同声音的响应差别，进而得到待测器件的声学特性。

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