CN210926606U - 一种基于波长计与数控反馈的激光锁频装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，该基于波长计与数控反馈的激光锁频装置通过相应的控制程度控制外部的计算机的声卡进而实现对半导体激光器在工作范围内任意位置的频率锁定，在实际操作中只需要将参考频率输入至外部的计算机后就能够自动进行锁频操作，其操作简单以及能够有效地保证半导体激光器的频率稳定工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业生产仿真设计的技术领域，特别涉及一种基于波长计与数控反馈的激光锁频装置。
背景技术
激光广泛应用于不同技术领域中，而频率是激光的一个非常重要的参数，常见的半导体激光器在自由运转状态下的输出频率偏移值可达到几十GHz，这使得半导体激光器无法直接使用，为了保证半导体激光器的输出频率偏移能够限定在较小的范围内，需要对半导体激光器进行锁频操作，现有的锁频操作主要包括将激光的频率锁定在原子或者分子的共振跃迁先上或者将激光的频率锁定在激光的共振参考腔上，但是上述两种锁频操作工序复杂和操作要求精度高。虽然，现有技术可通过声光调制的方式来进行激光锁频，但是这种方式的偏频范围较小以及相应的锁频装置价格高昂，这都无法实现对激光锁频技术的广泛推广。可见，现有技术的激光锁频方式存在只能将激光频率锁定在固定位置，或者锁频条件苛刻与相应锁频装置价格高昂等问题。
实用新型内容
针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，该基于波长计与数控反馈的激光锁频装置利用波长计来实时监测半导体激光器的输出激光频率，并可以通过外部的计算机实时显示该输出激光频率，并通过外部的计算机内来对该波长计监测到的输出激光频率进行循环反馈，并借助该声卡和相应的电压放大器将外部的计算机输出的电压信号进行放大处理，以驱动其中的PZT模块调制衍射光栅的设置角度，从而形成相应的反馈调节回路来实现半导体激光的稳频。该基于波长计与数控反馈的激光锁频装置通过外部的计算机的控制进而实现对半导体激光器在工作范围内任意位置的频率锁定，在实际操作中只需要将参考频率输入至外部的计算机后就能够自动进行锁频操作，其操作简单以及能够有效地保证半导体激光器的频率稳定工作。
本实用新型提供一种基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，
所述基于波长计与数控反馈的激光锁频装置包括激光传输部件和电控反馈部件；其中，
所述激光传输部件沿激光传输方向依次包括半导体激光器、整形棱镜、偏振分光棱镜、光纤和波长计；
所述电控反馈部件包括与所述波长计连接的外部的计算机、耳机线、电压放大器和与所述半导体激光器连接的PZT模块；
所述耳机线的一端与外部的计算机的音频输出端口连接，所述耳机线的另一端与所述电压放大器的输入端连接，所述电压放大器的输出端与所述PZT模块的输入端连接，所述PZT模块的输出端与所述半导体激光器连接；
进一步，所述半导体激光器的激光输出端设置有准直扩束组件；
所述半导体激光器输出的激光经过所述准直扩束组件后到达该整形棱镜；
所述整形棱镜为圆柱棱镜或者三角棱镜；
进一步，所述光纤的光入射端通过第一光纤耦合头与所述偏振分光棱镜连接；
所述光纤的光出射端通过第二光纤耦合头与所述波长计连接；
所述光纤为单模光纤或者多模光纤；
进一步，所述波长计的光入射端与所述光纤连接，所述波长计的计数信号输出端与所述外部的计算机连接；
所述外部的计算机包括显示屏和声卡；其中，
所述显示屏的信号接收端口与所述波长计的频率信号输出端口连接；
所述声卡的信号接收端口与所述波长计的计数信号输出端口连接；
进一步，所述耳机线的所述另一端还通过BNC头与所述电压放大器的输入端连接；
进一步，所述电压放大器包括前置滤波电路和电压放大电路；
所述前置滤波电路的信号接收端口与所述耳机线的电压信号输出端连接；
所述电压放大电路的信号接收端口与所述前置滤波电路的滤波信号输出端连接；
进一步，所述PZT模块包括驱动信号生成器和PZT驱动器；其中，
所述驱动信号生成器与所述电压放大器的输出端连接；
进一步，所述半导体激光器包括衍射光栅；
所述衍射光栅与所述PZT驱动器连接；
进一步，所述二分之一波片为二分之一相位延迟膜或者二分之一相位延迟液晶盒；
进一步，所述偏振分光棱镜包括第一棱镜、第二棱镜和设置于所述第一棱镜与所述第二棱镜接合面之间的偏振涂层。
相比于现有技术，该基于波长计与数控反馈的激光锁频装置利用波长计来实时监测半导体激光器的输出激光频率可以通过外部的计算机实时显示该输出激光频率，并可以通过外部的计算机来对该波长计监测到的输出激光频率进行循环反馈，并借助该声卡和相应的电压放大器将外部的计算机输出的电压信号进行放大处理，以驱动其中的PZT模块调制衍射光栅的设置角度，从而形成相应的反馈调节回路来实现半导体激光的稳频。该基于波长计与数控反馈的激光锁频装置通过相应的控制程度控制外部的计算机的声卡进而实现对半导体激光器在工作范围内任意位置的频率锁定，在实际操作中只需要将参考频率输入至外部的计算机后就能够自动进行锁频操作，其操作简单以及能够有效地保证半导体激光器的频率稳定工作。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的一种基于波长计与数控反馈的激光锁频装置的结构示意图。
附图标记：1、半导体激光器；2、整形棱镜；3、二分之一波片；4、偏振分光棱镜；5、第一光纤耦合头；6、光纤；7、波长计；8、外部的计算机；9、耳机线；10、电压放大器；11、PZT模块；12、第二光纤耦合头。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种基于波长计与数控反馈的激光锁频装置的结构示意图。该基于波长计与数控反馈的激光锁频装置包括激光传输部件和电控反馈部件；其中，
该激光传输部件沿激光传输方向依次包括半导体激光器、整形棱镜、偏振分光棱镜、光纤和波长计；
该电控反馈部件包括与该波长计连接的外部的计算机、耳机线、电压放大器和与该半导体激光器连接的PZT模块；
该外部的计算机的音频输出端口与该耳机线的一端连接，该耳机线的另一端与该电压放大器的输入端连接，该电压放大器的输出端与该PZT模块的输入端连接，该PZT模块的输出端与该半导体激光器连接。
该基于波长计与数控反馈的激光锁频装置的具体工作过程如下：该半导体激光器输出激光，通过该整形棱镜来实现激光光斑的整形，然后通过该二分之一波片以及该偏振分光棱镜，分出一束光斑尺寸为几μW的激光，并通过第一光纤耦合头将激光耦合到光纤中，再通过第二光纤耦合头与波长计连接，此时在外部的计算机上可以显示出激光的频率；利用普通的耳机线插入外部的计算机的耳机口，另一端接上BNC头，通过该电压放大电路，连接到该PZT模块，电压作用于该PZT模块,可以改变该半导体激光器中衍射光栅的角度，进而实现激光频率的改变，该外部的计算机工作时，打开相应的Labview程序，输入需要锁定的激光的频率值，运行程序，此时设定的频率值与波长计读出的激光器的频率做一个减法，得到的差值会送到Labview程序中的PID子VI，如果差值为0，那么该PID子VI会输出一个恒定的值，通过声卡将电压信号传输出去，如果输入的频率值与波长计测得的激光器的频率不同，则差值不为0，该PID子VI的积分开关打开，不同的电压信号通过声卡传送到该PZT模块，使该半导体激光器的频率发生改变，通过不断地循环反馈，该半导体激光器的频率最终与设定的频率值保持一致，从而实现了对该半导体激光器激光频率的稳频。基于上述工作过程，只需要在程序中输入一个设定的频率值，就可以实现激光器在工作范围内的锁定，而且锁频效果完全依赖于波长计的精度，不受外界环境的干扰，其完全可以实现长时间频率的锁定。
优选地，该半导体激光器的激光输出端设置有准直扩束组件；
该半导体激光器输出的激光经过该准直扩束组件后到达该整形棱镜；
该整形棱镜为圆柱棱镜或者三角棱镜；
优选地，该光纤的光入射端通过第一光纤耦合头与该偏振分光棱镜连接；
该光纤的光出射端通过第二光纤耦合头与该波长计连接；
该光纤为单模光纤或者多模光纤；
优选地，该波长计的光入射端与该光纤连接，该波长计的计数信号输出端与该外部的计算机连接；
该外部的计算机包括显示屏和声卡；其中，
该显示屏的信号接收端口与该波长计的频率信号输出端口连接，该显示屏用于显示该波长计检测到的关于当前激光光束的频率信息；
该声卡的信号接收端口与该波长计的计数信号输出端口连接，该声卡用于将来自该波长计的计数信号转换为电压信号；
该耳机线用于将该电压信号传输至该电压放大器；
优选地，该耳机线的该另一端还通过BNC头与该电压放大器的输入端连接；
优选地，该电压放大器包括前置滤波电路和电压放大电路；
该前置滤波电路的信号接收端口与该耳机线的电压信号输出端连接，该前置滤波电路用于对来自该耳机线的电压信号进行前置滤波处理；
该电压放大电路的信号接收端口与该前置滤波电路的滤波信号输出端连接，该电压放大电路用于对经过该前置滤波处理的电压信号进行放大处理；
优选地，该PZT模块包括驱动信号生成器和PZT驱动器；其中，
该驱动信号生成器与该电压放大器的输出端连接，以根据来自该电压放大器的电压信号生成PZT驱动信号；
该PZT驱动器还用于根据该PZT驱动信号进行电致形变动作；
优选地，该半导体激光器包括衍射光栅；
该衍射光栅与该PZT驱动器连接；
该PZT驱动器用于改变该衍射光栅于该半导体激光器内部激光光路的角度；
优选地，该二分之一波片为二分之一相位延迟膜或者二分之一相位延迟液晶盒；
优选地，该偏振分光棱镜包括第一棱镜、第二棱镜和设置于该第一棱镜与该第二棱镜接合面之间的偏振涂层。
从上述实施例的内容可知，该基于波长计与数控反馈的激光锁频装置利用波长计来实时监测半导体激光器的输出激光频率以及通过外部的计算机实时显示该输出激光频率，并通过该外部的计算机内安装的Labview程序和声卡来对该波长计监测到的输出激光频率进行循环反馈，并借助该声卡和相应的电压放大器将外部的计算机输出的电压信号进行放大处理，以驱动其中的PZT模块调制衍射光栅的设置角度，从而形成相应的反馈调节回路来实现半导体激光的稳频。该基于波长计与数控反馈的激光锁频装置通过相应的控制程度控制外部的计算机的声卡进而实现对半导体激光器在工作范围内任意位置的频率锁定，在实际操作中只需要将参考频率输入至外部的计算机后就能够自动进行锁频操作，其操作简单以及能够有效地保证半导体激光器的频率稳定工作。
需要说明的是，本实用新型实施例提供的激光锁频装置中并不包括外部的计算机，外部的计算机只是配合该激光锁屏装置工作的，并不在本专利保护范围内。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，其特征在于：
所述基于波长计与数控反馈的激光锁频装置包括激光传输部件和电控反馈部件；其中，
所述激光传输部件沿激光传输方向依次包括半导体激光器、整形棱镜、偏振分光棱镜、光纤和波长计；
所述电控反馈部件包括耳机线、电压放大器和与所述半导体激光器连接的PZT模块；
所述耳机线的一端与外部的计算机的音频输出端口连接，所述耳机线的另一端与所述电压放大器的输入端连接，所述电压放大器的输出端与所述PZT模块的输入端连接，所述PZT模块的输出端与所述半导体激光器连接。
2.如权利要求1所述的基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，其特征在于：
所述半导体激光器的激光输出端设置有准直扩束组件；
所述半导体激光器输出的激光经过所述准直扩束组件后到达该整形棱镜；
所述整形棱镜为圆柱棱镜或者三角棱镜。
3.如权利要求1所述的基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，其特征在于：
所述光纤的光入射端通过第一光纤耦合头与所述偏振分光棱镜连接；
所述光纤的光出射端通过第二光纤耦合头与所述波长计连接；
所述光纤为单模光纤或者多模光纤。
4.如权利要求1所述的基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，其特征在于：
所述波长计的光入射端与所述光纤连接，所述波长计的计数信号输出端与所述外部的计算机连接；
所述外部的计算机包括显示屏和声卡；其中，
所述显示屏的信号接收端口与所述波长计的频率信号输出端口连接；
所述声卡的信号接收端口与所述波长计的计数信号输出端口连接。
5.如权利要求1所述的基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，其特征在于：
所述耳机线的所述另一端还通过BNC头与所述电压放大器的输入端连接。
6.如权利要求1所述的基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，其特征在于：
所述电压放大器包括前置滤波电路和电压放大电路；
所述前置滤波电路的信号接收端口与所述耳机线的电压信号输出端连接；
所述电压放大电路的信号接收端口与所述前置滤波电路的滤波信号输出端连接。
7.如权利要求1所述的基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，其特征在于：
所述PZT模块包括驱动信号生成器和PZT驱动器；其中，
所述驱动信号生成器与所述电压放大器的输出端连接。
8.如权利要求7所述的基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，其特征在于：
所述半导体激光器包括衍射光栅；
所述衍射光栅与所述PZT驱动器连接。
9.如权利要求1所述的基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，其特征在于，还包括二分之一波片，
所述二分之一波片为二分之一相位延迟膜或者二分之一相位延迟液晶盒。
10.如权利要求1所述的基于波长计与数控反馈的激光锁频装置，其特征在于：
所述偏振分光棱镜包括第一棱镜、第二棱镜和设置于所述第一棱镜与所述第二棱镜接合面之间的偏振涂层。
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| CN112260057A (zh) * | 2020-09-23 | 2021-01-22 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种钙原子束光频标探测光自动锁定方法 |
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