CN117856027A - 基于标准具环纹多波长激光稳频方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于标准具环纹多波长激光稳频方法，还公开了基于标准具环纹多波长激光稳频装置，本发明利用基于饱和吸收稳频的标准具校准、干涉环纹快速识别与激光频率快速测量、多波长激光同时探测，利用激光光束透过标准具后产生的干涉条纹的变化来实现同时对多波长激光的稳频。相较于现有的饱和吸收稳频方法依赖于碱金属原子的发射激光波长，稳频的激光波长比较单一，无法对任意激光波长进行稳频；而采用波长计稳频的方式能实现对任意波长的激光进行稳频，但由于波长计在对激光光束测量的过程中只能实现分时读取的方式，无法实现对多个激光光束的同时稳频。本发明能实现多个波长频率的激光同时高精度稳频，满足高精度测量与计量领域的需求。
Description
技术领域
本发明属于激光应用领域，具体涉及基于标准具环纹多波长激光稳频方法，还涉及基于标准具环纹多波长激光稳频装置。该方法采用原子饱和吸收稳频后的激光光束通过某一个标准具后产生的干涉条纹的变化作为参照，来高精度的测量其他任意波长的激光通过同一标准具后产生的环纹变化引起的频率移动，从而实现任意多个激光波长的激光光束同时稳频。
背景技术
激光稳频技术是随着激光技术的不断发展而逐渐成熟的。激光的出色特性，如高亮度、高方向性、高相干性等，使得激光在许多科学领域中都有广泛的应用。然而，激光的频率稳定度对于许多应用来说是一个重要的参数。例如，在光学频率梳技术、原子钟、量子信息处理等精密测量和计量领域，需要使用具有高度频率稳定性的激光。
现有的激光稳频方案有饱和吸收稳频，但这种稳频方法依赖于碱金属原子的发射激光波长，稳频的激光波长比较单一，无法对任意激光波长进行稳频。采用波长计稳频的方式能实现对任意波长的激光进行稳频，但由于波长计在对激光光束测量的过程中只能实现分时读取的方式，无法实现对多个激光光束的同时稳频。
针对这一问题，本发明主要包括饱和吸收稳频、干涉环纹高精度探测、多波长激光同时读取和稳频。该发明能实现多个波长频率的激光同时高精度稳频，能满足高精度测量与计量领域的需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供了基于标准具环纹多波长激光稳频方法，还提供了基于标准具环纹多波长激光稳频装置。该方法能实现任意多个激光波长的锁频，能满足多个激光频率同时稳频的需求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于标准具环纹多波长激光稳频装置，包括原子饱和吸收装置，原子饱和吸收装置连接参考激光器，参考激光器输出参考激光和各个待稳频激光器分别输出的待稳频激光经过合束后依次经过扩束镜、标准具、聚焦透镜和组合干涉滤光片后得到参考激光和各个待稳频激光对应的干涉条纹光信号，参考激光和各个待稳频激光对应的干涉条纹光信号分别投影至CCD相机感光面的不同区域，CCD相机将探测到的干涉条纹光信号转换成干涉条纹电信号，控制器读取CCD相机的干涉条纹电信号并将反馈控制信号分别传递给各个待稳频激光器对各个待稳频激光器进行稳频。
如上所述组合干涉滤光片包括多个不同波段的窄带滤光片，各窄带滤光片的波段分别与参考激光波长以及待稳频激光的波长相对应，各窄带滤光片依次拼接，且窄带滤光片拼接的中心对准CCD相机感光面的中心。
基于标准具环纹多波长激光稳频方法，利用如上所述基于标准具环纹多波长激光稳频装置，包括如下步骤：
步骤1、调节参考激光和各待稳频激光的光束，使参考激光和各待稳频激光进行合束得到最终合束激光，然后最终合束激光经扩束镜扩束后入射到标准具；
步骤2、依据各个待稳频激光器的稳频目标波长，分别设定各个待稳频激光器的中心波长值和允许误差值；
步骤3、通过原子饱和吸收装置将参考激光器输出的参考激光波长稳定在饱和吸收稳频的波长值处，利用参考激光对应的干涉条纹光信号测算得到参考激光波长测算值λ1，通过参考激光波长测算值λ1与饱和吸收稳频的波长值的差值获取标准具波长测量误差值Δλ；
步骤4、同时采集各待稳频激光的干涉条纹光信号并测算得到各待稳频激光波长测算值λ2、λ3、λ4……λk，k表示参考激光器加待稳频激光器的总数；确定标准具分别对参考激光波长测算值和各待稳频激光波长测算值所对应的折射率，分别记为n1、n2、n3、n4……nk；计算标准具对各待稳频激光器的测量误差分别为n2*Δλ/n1、n3*Δλ/n1、n4*Δλ/n1……nk*Δλ/n1；当某一个待稳频激光器的测量误差的绝对值大于步骤2设定的允许误差值，则对相应待稳频激光器进行稳频反馈控制。
如上所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1、用原子饱和吸收装置将参考激光器的频率稳定在原子饱和吸收谱峰处，使参考激光波长稳定在饱和吸收稳频的波长值；
步骤3.2、由CCD相机采集参考激光器输出参考激光对应的干涉条纹光信号，获得参考激光对应的干涉条纹电信号；
步骤3.3、利用控制器识别参考激光对应的干涉条纹电信号，并测算得到参考激光波长测算值；
步骤3.4、通过步骤3.1中饱和吸收稳频的波长值与步骤3.3得到的参考激光波长测算值之差得到标准具波长测量误差为Δλ。
如上所述步骤4包括如下操作：
步骤4.1、由CCD相机同时采集各待稳频激光的干涉条纹光信号，得到各待稳频激光的干涉条纹电信号；
步骤4.2、利用控制器识别各待稳频激光的干涉条纹电信号，并测算得到各待稳频激光波长测算值λ2、λ3、λ4……λk；
步骤4.3、确定标准具分别对参考激光波长测算值和各待稳频激光波长测算值λ1、λ2、λ3、λ4……λk所对应的折射率，分别记为n1、n2、n3、n4……nk；计算标准具对各个待稳频激光器的测量误差，分别记为n2*Δλ/n1、n3*Δλ/n1、n4*Δλ/n1……nk*Δλ/n1；
步骤4.4、判断步骤4.3各个待稳频激光器的测量误差的绝对值是否小于所设定的允许误差值；
步骤4.5、若某一个待稳频激光波长对应的待稳频激光器的测量误差的绝对值大于对应待稳频激光的允许误差值，则通过控制器反馈控制对应的待稳频激光器，改变待稳频激光器的输出待稳频激光波长，然后返回步骤3.2；若某一个待稳频激光波长对应的待稳频激光器的测量误差的绝对值小于对应待稳频激光的误差设定值，则不改变激光波长，并返回步骤3.2。
如上所述步骤3.2由CCD相机采集参考激光器输出参考激光对应的干涉条纹光信号，获得参考激光对应的干涉条纹电信号，以及步骤4.1中由CCD相机同时采集各待稳频激光的干涉条纹光信号，得到各待稳频激光的干涉条纹电信号，包括如下步骤：
调节目标激光器的出射光路，使目标激光器输出的激光入射于标准具表面；
将目标激光器输出的激光透射标准具的光束采用组合干涉滤光片进行滤光；
调节CCD相机，使CCD相机的感光面中心与组合干涉滤光片中心对齐；
采用CCD相机拍摄目标激光器输出的激光经标准具和组合干涉滤光片后产生的干涉条纹光信号并转换为对应的干涉条纹电信号；
步骤3.2的目标激光器为参考激光器，步骤4.1中的目标激光器为待稳频激光器。
如上所述步骤3.3中利用控制器识别参考激光对应的干涉条纹电信号，并测算得到参考激光波长测算值以及步骤4.2中利用控制器识别各待稳频激光的干涉条纹电信号，并测算得到各待稳频激光波长测算值，包括如下步骤：
将CCD相机所采集的干涉条纹电信号进行高斯滤波，消除噪声；
对消除噪声后的干涉条纹电信号采用拉普拉斯滤波器进行滤波，增强干涉条纹电信号中干涉条纹的边缘和细节；
采用Canny边缘检测算法，检测增强后的干涉条纹电信号中干涉条纹的边缘；
采用圆检测算法来检测增强后的干涉条纹电信号中干涉条纹的中心位置；
利用增强后的干涉条纹电信号中干涉条纹的数量和间距，计算干涉条纹所对应的目标激光器输出激光的波长测算值；
步骤3.3的目标激光器为参考激光器，参考激光器输出激光为参考激光，步骤4.2中的目标激光器为待稳频激光器，待稳频激光器输出激光为待稳频激光。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明公开了基于标准具环纹多波长激光稳频方法，还公开了基于标准具环纹多波长激光稳频装置，本发明利用基于饱和吸收稳频的标准具校准、干涉环纹快速识别与激光频率快速测量、多波长激光同时探测，利用激光光束透过标准具后产生的干涉条纹的变化来实现同时对多波长激光的稳频。本发明消除了标准具因环境变化导致的测量精度的影响，相比于现有的激光稳频方法，本发明能实现任意多个波长频率的激光同时高精度稳频，满足高精度测量与计量领域的需求。
附图说明
图1为当激光光束数量为2时，激光通过组合干涉滤光片的光路示意图，其中组合干涉滤光片包括2个窄带滤光片，组合干涉滤光片将CCD相机感光片分割为2各区域。
图2为当激光光束数量为4时，激光通过组合干涉滤光片的光路示意图，此时组合干涉滤光片包括4个窄带滤光片，组合干涉滤光片将CCD相机感光片分割为4各区域。
图3对3束任意波长的待稳频激光光束稳频装置图。
其中，1-原子饱和吸收装置、2-参考激光器、3-第一待稳频激光器、4-控制器、5-标准具、6-组合干涉滤光片、7-CCD相机、8-扩束镜、9-第三待稳频激光器、10-第二待稳频激光器、11-聚焦透镜、12-第一反射镜、13-第二反射镜、14-第一分光片、15-第二分光片、16-第三分光片。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
基于标准具环纹多波长激光稳频装置主要包括原子饱和吸收装置1、参考激光器2、待稳频激光器(在本实施例中，待稳频激光器包括第一待稳频激光器3、第二待稳频激光器10和第三待稳频激光器9)、扩束镜8、标准具5、聚焦透镜11、组合干涉滤光片6、CCD相机7、控制器4、第一反射镜12、第二反射镜13、第一分光片14、第二分光片15、第三分光片16等。
原子饱和吸收装置1连接参考激光器2从而对参考激光器2输出的参考激光进行锁频，参考激光器2输出参考激光和各待稳频激光器分别输出的不同频率的待稳频激光(如图3中第一待稳频激光器3输出的第一待稳频激光；第二待稳频激光器10输出的第二待稳频激光；和第三待稳频激光器9输出的第三待稳频激光)经过合束后依次经过扩束镜8、标准具5、聚焦透镜11和组合干涉滤光片6后得到参考激光和各个待稳频激光对应的干涉条纹光信号，参考激光和各个待稳频激光对应的干涉条纹光信号分别投影至CCD相机7感光面的不同区域；具体的：各激光经过标准具5后分别干涉形成对应的一组环形条纹，各组环形条纹经过组合干涉滤光片6后被分别截取为一组共圆心的弧形条纹，各组共圆心的弧形条纹(即为所述的干涉条纹光信号)分别投影至CCD相机7感光面的不同区域；CCD相机7将探测到的干涉条纹光信号转换成干涉条纹电信号，控制器4读取CCD相机7的干涉条纹电信号并将反馈控制信号分别传递给各个待稳频激光器实现对各个待稳频激光器稳频。
在本实施例中，参考激光以及待稳频激光器输出的待稳频激光通过以下方式合束：
参考激光依次经过第一反射镜12反射和第三分光片16反射，同时第一待稳频激光器3输出的第一待稳频激光经过第三分光片16透射后与第三分光片16反射的参考激光合束成第一合束激光，之后第一合束激光透射第二分光片15；
第三待稳频激光器9输出的第三待稳频激光经过第二反射镜13反射后，再透射第一分光片14，同时第二待稳频激光器10输出的第二待稳频激光经第一分光片14反射后与经过第一分光片14透射的第三待稳频激光合束为第二合束激光，第二合束激光入射至第二分光片15并由第二分光片15反射；
经第二分光片15透射的第一合束激光与经第二分光片15反射的第二合束激光合束成最终合束激光，最终合束激光入射至标准具5。
本发明利用待稳频激光光束透过标准具5后产生的干涉条纹的变化进行反馈调节来实现对待稳频激光光束的稳频。为了克服标准具5因环境的变化导致干涉环纹变化，进而对对待稳频激光的探测频率精度的影响，本发明采用饱和吸收稳频后的参考激光光束通过标准具5后产生的干涉环纹的变化作为参照，来弥补标准具5因环境变化产生的测量误差。另外，为了实现多个待稳频激光波长的同时稳频，本专利采用了组合干涉滤光片6对多个激光光束产生的干涉条纹进行分割，并通过CCD相机7探测不同区域的条纹来分别对不同待稳频激光波长进行计算，通过控制器4将不同区域对应的激光测量波长值与设定中心值的偏差反馈给激光器，从而来控制待稳频激光器的输出频率，以此来实现不同波长的多个激光光束同时稳频。
所述组合干涉滤光片6包括多个不同波段的窄带滤光片，各窄带滤光片依次拼接(如图1或图3)，且窄带滤光片拼接的中心对准CCD相机7感光面的中心，窄带滤光片数量等于参考激光与待稳频激光光束的数量的总和，各窄带滤光片的波段分别与参考激光波长以及待稳频激光的波长相对应，从而组合干涉滤光片6使入射到CCD相机7感光面上的干涉条纹光信号，以CCD相机7感光面的中心为中心分成几个区域，每个区域分别对应一束激光。例如，当激光光束的数量为2(即一束参考激光与一束待稳频激光)，则采用2个窄带滤光片进行组合，来将CCD相机7感光面分成2个区域，如图1所示；若激光光束的数量为4(即一束参考激光与三束待稳频激光)，则采用4个窄带滤光片进行组合，将CCD相机7发热感光面分成4个区域，如图2所示。对于组合干涉滤光片6不同波段的窄带滤光片用于透射不同波长的激光光束。
多波长激光同时探测，主要是通过组合干涉滤光片6，对CCD相机7的感光区域进行分割，使得不同的激光光束依次经扩束镜8、标准具5、聚焦透镜11和组合干涉滤光片6后，能在CCD相机7的不同区域探测干涉条纹。通过对不同区域的干涉条纹的中心位置、数量和间距进行计算，从而同时对不同区域所对应的激光波长进行测量。
实施例2：
基于标准具环纹多波长激光稳频方法利用实施例1所述的基于标准具环纹多波长激光稳频装置，主要包括基于饱和吸收稳频的标准具校准、干涉环纹快速识别与激光频率快速测量、多波长激光同时探测，多波长激光光束同时稳频，如图3所示。具体实施步骤如下：
步骤1：调节参考激光和各待稳频激光的光束，使参考激光和各待稳频激光进行合束得到最终合束激光，(在本实施例中通过调节第一反射镜12、第二反射镜13、第一分光片14、第二分光片15和第三分光片16，将参考激光器2输出的参考激光、第一待稳频激光器3的第一待稳频激光、第二待稳频激光器10输出的第二待稳频激光和第三待稳频激光器9输出的第三待稳频激光进行合束)然后，最终合束激光经扩束镜8扩束后入射到标准具5。
步骤2：依据各个待稳频激光器的预设波长(即稳频目标波长)，分别设定各个待稳频激光器的中心波长值和允许误差值。
步骤3：基于饱和吸收稳频获取标准具波长测量误差值Δλ：
此步骤主要应用原子饱和吸收装置1、参考激光器2、标准具5、组合干涉滤光片6、CCD相机7和控制器4。通过原子饱和吸收装置1将参考激光器2输出的参考激光进行锁频，使参考激光器2输出的参考激光波长稳定在原子饱和吸收谱峰对应的饱和吸收稳频的波长值处，锁频后的参考激光光束通过标准具5后，会产生干涉条纹光信号，此时干涉条纹呈共圆心的环形条纹，采用组合干涉滤光片6对其进行滤光，与参考激光相对应波长的窄带滤光片会透射参考激光对应的干涉条纹光信号并在所对应的CCD相机7感光区域成像得到参考激光对应的干涉条纹电信号，此时的干涉条纹被截取为共圆心的弧形状，控制器4通过对参考激光对应的干涉条纹电信号测算得到对应参考激光器2的参考激光波长测算值λ1，然后通过参考激光波长测算值λ1与饱和吸收稳频的波长值的差值获得标准具波长测量误差Δλ，具体操作如下：
步骤3.1：用原子饱和吸收装置1将参考激光器2的频率稳定在原子饱和吸收谱峰处，使参考激光波长稳定在饱和吸收稳频的波长值。
步骤3.2：由CCD相机7探测参考激光器2输出参考激光对应的干涉条纹光信号，获得参考激光对应的干涉条纹电信号；
步骤3.2.1：调节参考激光器2的出射光路，使参考激光器2输出的参考激光入射于标准具5表面。
步骤3.2.2：将参考激光器2透射标准具5的光束采用组合干涉滤光片6进行滤光。
步骤3.2.3：调节CCD相机7，使CCD相机7的感光面中心与组合干涉滤光片6中心对齐。
步骤3.2.4：采用CCD相机7拍摄参考激光光束经标准具5和组合干涉滤光片6后产生的干涉条纹光信号并转换为对应的干涉条纹电信号。
步骤3.3：利用控制器4识别参考激光对应的干涉条纹电信号，并测算得到参考激光波长测算值；
此步骤对CCD相机7所拍设的干涉条纹的间距、数量等进行测量和分析，并计算干涉条纹所对应的激光频率，具体步骤如下：
步骤3.3.1：将CCD相机7所采集的干涉条纹电信号(以图片形式)进行高斯滤波，以消除噪声的影响。
步骤3.3.2：对消除噪声后的干涉条纹电信号采用拉普拉斯滤波器进行滤波，用于增强干涉条纹电信号中干涉条纹的边缘和细节。
步骤3.3.3：采用Canny边缘检测算法，检测增强后的干涉条纹电信号中干涉条纹的边缘。
步骤3.3.4：采用圆检测算法来检测增强后的干涉条纹电信号中干涉条纹的中心位置。
步骤3.3.5：利用同心的干涉条纹数量和间距，计算干涉条纹所对应的参考激光波长测算值。
步骤3.4：通过步骤3.1中的饱和吸收稳频值(即饱和吸收稳频的波长值)与步骤3.3的参考激光波长测算值之差得到标准具波长测量误差为Δλ。
步骤4：对多波长激光光束同时稳频：
主要是在多波长激光同时探测的基础上，利用步骤3基于饱和吸收稳频获取标准具波长测量误差值Δλ，来同时对多个待稳频激光进行高精度稳频。具体步骤如下：
步骤4.1：同步骤3.2中的各项操作，采用CCD相机7同时对各待稳频激光的干涉条纹光信号进行采集得到各待稳频激光的干涉条纹电信号，具体操作为：
步骤4.1.1：调节各待稳频激光的出射光路，使各待稳频激光输出的参考激光入射于标准具5表面。
步骤4.1.2：将各待稳频激光透射标准具5的光束采用组合干涉滤光片6进行滤光。
步骤4.1.3：调节CCD相机7，使CCD相机7的感光面中心与组合干涉滤光片6中心对齐。
步骤4.1.4：采用CCD相机7拍摄各待稳频激光输出的激光经标准具5和组合干涉滤光片6后产生的干涉条纹光信号，并转换为对应的干涉条纹电信号。
步骤4.2：利用控制器4识别各待稳频激光的干涉条纹电信号，并测算得到各待稳频激光波长测算值，记为λ2、λ3、λ4……λk，k表示参考激光器2加待稳频激光器的总数，具体步骤如3.3，具体操作为：
步骤4.2.1：将CCD相机7所采集的干涉条纹电信号(以图片形式)进行高斯滤波，以消除噪声的影响。
步骤4.2.2：对消除噪声后的干涉条纹电信号采用拉普拉斯滤波器进行滤波，用于增强干涉条纹电信号中干涉条纹的边缘和细节。
步骤4.2.3：采用Canny边缘检测算法，来检测增强后的干涉条纹电信号中干涉条纹的边缘。
步骤4.2.4：采用圆检测算法来检测增强后的干涉条纹电信号中干涉条纹的中心位置。
步骤4.2.5：利用增强后的干涉条纹电信号中干涉条纹的数量和间距，计算干涉条纹所对应的待稳频激光波长测算值。
步骤4.3：根据步骤3.4所得到的标准具波长测量误差Δλ以及饱和吸收稳频的波长值λ1，对待稳频激光器的测量误差进行计算，具体步骤如下：
步骤4.3.1确定标准具5分别对参考激光波长测算值和各待稳频激光波长测算值λ1、λ2、λ3、λ4……λk所对应的折射率，分别记为n1、n2、n3、n4……nk。
步骤4.3.2计算标准具5对各个待稳频激光器(如本实施例中的第一待稳频激光器3、第二待稳频激光器10、第三待稳频激光器9)的测量误差，分别记为n2*Δλ/n1、n3*Δλ/n1、n4*Δλ/n1……nk*Δλ/n1；
步骤4.4：判断步骤4.3各个待稳频激光器的测量误差的绝对值是否小于所设定的允许误差值。
步骤4.5：若某一个待稳频激光波长对应的待稳频激光器的测量误差的绝对值大于对应待稳频激光的允许误差值，则通过控制器4控制对应的待稳频激光器，改变待稳频激光器的输出待稳频激光波长(在本实施例中，分别采用步骤4.3.2计算的待稳频激光器的测量误差对第一待稳频激光器3、第二待稳频激光器10、第三待稳频激光器9的待稳频波长值进行补偿)，然后返回步骤3.2。若某一个待稳频激光波长对应的待稳频激光器的测量误差的绝对值小于对应待稳频激光的误差设定值，则不改变激光波长，并返回步骤3.2。
需要指出的是，本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.基于标准具环纹多波长激光稳频装置，其特征在于，包括原子饱和吸收装置(1)，原子饱和吸收装置(1)连接参考激光器(2)，参考激光器(2)输出参考激光和各个待稳频激光器分别输出的待稳频激光经过合束后依次经过扩束镜(8)、标准具(5)、聚焦透镜(11)和组合干涉滤光片(6)后得到参考激光和各个待稳频激光对应的干涉条纹光信号，参考激光和各个待稳频激光对应的干涉条纹光信号分别投影至CCD相机(7)感光面的不同区域，CCD相机(7)将探测到的干涉条纹光信号转换成干涉条纹电信号，控制器(4)读取CCD相机(7)的干涉条纹电信号并将反馈控制信号分别传递给各个待稳频激光器对各个待稳频激光器进行稳频。
2.根据权利要求1所述基于标准具环纹多波长激光稳频装置，其特征在于，所述组合干涉滤光片(6)包括多个不同波段的窄带滤光片，各窄带滤光片的波段分别与参考激光波长以及待稳频激光的波长相对应，各窄带滤光片依次拼接，且窄带滤光片拼接的中心对准CCD相机(7)感光面的中心。
3.基于标准具环纹多波长激光稳频方法，利用权利要求2所述基于标准具环纹多波长激光稳频装置，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、调节参考激光和各待稳频激光的光束，使参考激光和各待稳频激光进行合束得到最终合束激光，然后最终合束激光经扩束镜(8)扩束后入射到标准具(5)；
步骤2、依据各个待稳频激光器的稳频目标波长，分别设定各个待稳频激光器的中心波长值和允许误差值；
步骤3、通过原子饱和吸收装置(1)将参考激光器(2)输出的参考激光波长稳定在饱和吸收稳频的波长值处，利用参考激光对应的干涉条纹光信号测算得到参考激光波长测算值λ1，通过参考激光波长测算值λ1与饱和吸收稳频的波长值的差值获取标准具波长测量误差值Δλ；
步骤4、同时采集各待稳频激光的干涉条纹光信号并测算得到各待稳频激光波长测算值λ2、λ3、λ4……λk，k表示参考激光器(2)加待稳频激光器的总数；确定标准具(5)分别对参考激光波长测算值和各待稳频激光波长测算值所对应的折射率，分别记为n1、n2、n3、n4……nk；计算标准具(5)对各待稳频激光器的测量误差分别为n2*Δλ/n1、n3*Δλ/n1、n4*Δλ/n1……nk*Δλ/n1；当某一个待稳频激光器的测量误差的绝对值大于步骤2设定的允许误差值，则对相应待稳频激光器进行稳频反馈控制。
4.根据权利要求3所述基于标准具环纹多波长激光稳频方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1、用原子饱和吸收装置(1)将参考激光器(2)的频率稳定在原子饱和吸收谱峰处，使参考激光波长稳定在饱和吸收稳频的波长值；
步骤3.2、由CCD相机(7)采集参考激光器(2)输出参考激光对应的干涉条纹光信号，获得参考激光对应的干涉条纹电信号；
步骤3.3、利用控制器(4)识别参考激光对应的干涉条纹电信号，并测算得到参考激光波长测算值；
步骤3.4、通过步骤3.1中饱和吸收稳频的波长值与步骤3.3得到的参考激光波长测算值之差得到标准具波长测量误差为Δλ。
5.根据权利要求4所述基于标准具环纹多波长激光稳频方法，其特征在于，所述步骤4包括如下操作：
步骤4.1、由CCD相机(7)同时采集各待稳频激光的干涉条纹光信号，得到各待稳频激光的干涉条纹电信号；
步骤4.2、利用控制器(4)识别各待稳频激光的干涉条纹电信号，并测算得到各待稳频激光波长测算值λ2、λ3、λ4……λk；
步骤4.3、确定标准具(5)分别对参考激光波长测算值和各待稳频激光波长测算值λ1、λ2、λ3、λ4……λk所对应的折射率，分别记为n1、n2、n3、n4……nk；计算标准具(5)对各个待稳频激光器的测量误差，分别记为n2*Δλ/n1、n3*Δλ/n1、n4*Δλ/n1……nk*Δλ/n1；
步骤4.4、判断步骤4.3各个待稳频激光器的测量误差的绝对值是否小于所设定的允许误差值；
步骤4.5、若某一个待稳频激光波长对应的待稳频激光器的测量误差的绝对值大于对应待稳频激光的允许误差值，则通过控制器(4)反馈控制对应的待稳频激光器，改变待稳频激光器的输出待稳频激光波长，然后返回步骤3.2；若某一个待稳频激光波长对应的待稳频激光器的测量误差的绝对值小于对应待稳频激光的误差设定值，则不改变激光波长，并返回步骤3.2。
6.根据权利要求5所述基于标准具环纹多波长激光稳频方法，其特征在于，所述步骤3.2由CCD相机(7)采集参考激光器(2)输出参考激光对应的干涉条纹光信号，获得参考激光对应的干涉条纹电信号，以及步骤4.1中由CCD相机(7)同时采集各待稳频激光的干涉条纹光信号，得到各待稳频激光的干涉条纹电信号，包括如下步骤：
调节目标激光器的出射光路，使目标激光器输出的激光入射于标准具(5)表面；
将目标激光器输出的激光透射标准具(5)的光束采用组合干涉滤光片(6)进行滤光；
调节CCD相机(7)，使CCD相机(7)的感光面中心与组合干涉滤光片(6)中心对齐；
采用CCD相机(7)拍摄目标激光器输出的激光经标准具(5)和组合干涉滤光片(6)后产生的干涉条纹光信号并转换为对应的干涉条纹电信号；
步骤3.2的目标激光器为参考激光器(2)，步骤4.1中的目标激光器为待稳频激光器。
7.根据权利要求6所述基于标准具环纹多波长激光稳频方法，其特征在于，所述步骤3.3中利用控制器(4)识别参考激光对应的干涉条纹电信号，并测算得到参考激光波长测算值以及步骤4.2中利用控制器(4)识别各待稳频激光的干涉条纹电信号，并测算得到各待稳频激光波长测算值，包括如下步骤：
将CCD相机(7)所采集的干涉条纹电信号进行高斯滤波，消除噪声；
对消除噪声后的干涉条纹电信号采用拉普拉斯滤波器进行滤波，增强干涉条纹电信号中干涉条纹的边缘和细节；
采用Canny边缘检测算法，检测增强后的干涉条纹电信号中干涉条纹的边缘；
采用圆检测算法来检测增强后的干涉条纹电信号中干涉条纹的中心位置；
利用增强后的干涉条纹电信号中干涉条纹的数量和间距，计算干涉条纹所对应的目标激光器输出激光的波长测算值；
步骤3.3的目标激光器为参考激光器(2)，参考激光器(2)输出激光为参考激光，步骤4.2中的目标激光器为待稳频激光器，待稳频激光器输出激光为待稳频激光。
Priority Applications (1)
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| CN202311812415.4A CN117856027A (zh) | 2023-12-25 | 2023-12-25 | 基于标准具环纹多波长激光稳频方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311812415.4A CN117856027A (zh) | 2023-12-25 | 2023-12-25 | 基于标准具环纹多波长激光稳频方法及装置 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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- 2023-12-25 CN CN202311812415.4A patent/CN117856027A/zh active Pending
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