[发明专利]基于碘稳频参考的双纵模热电致冷偏频锁定方法与装置

权利要求书

1.一种基于碘稳频参考的双纵模热电致冷偏频锁定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)开启碘稳频激光器电源，经过预热和稳频过程后，碘稳频激光器工作频率锁定在¹²⁷I₂分子位于633nm波段的超精细吸收谱线上，其输出激光为调频线偏振光，光波中心频率记为v_ro，瞬时频率记为v_r，调制周期记为T_m，此线偏振光由分光器件分离成n路，记为光束X₁，X₂，...，X_n，其中心频率v_ro作为双纵模激光器偏频锁定的频率基准；

(2)开启双纵模激光器L₁，L₂，...，L_n电源，所有双纵模激光器同时进入预热过程，测量当前环境温度T_e，并根据当前环境温度确定，预热目标温度值T_set，且T_e＜T_set，由热电致冷器对双纵模激光器L₁，L₂，...，L_n的激光管进行预热，并根据当前温度T_real和预热目标温度T_set之差不断调整热电致冷器反向电流值大小，使激光管的温度逐渐趋于预先设定的温度值T_set，并达到热平衡状态，此时各激光管输出激光均包括偏振方向相互正交的两个纵模光，利用偏振分光器件分离出其中一个纵模光作为双纵模激光器L₁，L₂，...，L_n的输出光，记为光束Y₁，Y₂，...，Y_n，相应的光波频率记为v₁，v₂，...，v_n；

(3)双纵模激光器L₁，L₂，...，L_n在其预热过程结束后进入锁频控制过程，将光束X₁，X₂，...，X_n分别与光束Y₁，Y₂，...，Y_n进行光学混频并形成n路拍频光信号，利用高频光电探测器将n路拍频光信号转换为n路电信号，其中第i路电信号的频率为|v_i-v_r|，i＝1，2，...，n；

(4)n路电信号经信号调理后，其频率值由频率测量模块测量，取采样时间τ≥200T_m，则测量得到时间τ内电信号频率的平均值，即光束X₁，X₂，...，X_n中心频率v_ro与光束Y₁，Y₂，...，Y_n的光波频率差值，记为Δv₁，Δv₂，...，Δv_n，其中Δv_i＝|v_i-v_ro|，i＝1，2，...，n；

(5)双纵模稳频激光器L₁，L₂，...，L_n在各自光波频率差值Δv₁，Δv₂，...，Δv_n值变化的同一单调区间实现激光频率的锁定，且所有激光器预先设定的偏频参考值Δv_set相同，将测量得到的光波频率差值Δv₁，Δv₂，...，Δv_n作为锁频闭环控制的反馈信号，与预先设定的偏频参考值Δv_set求差，根据光波频率差值Δv₁，Δv₂，...，Δv_n与偏频参考值Δv_set求差所得差值的正、负和大小调整热电致冷器施加电流的正、反向和大小，从而控制其对激光管致冷和加热，进而改变激光管的温度、谐振腔长度和激光纵模频率，使Δv₁，Δv₂，...，Δv_n趋于Δv_set；

(6)当Δv₁＝Δv₂＝...＝Δv_n＝Δv_set时，双纵模激光器L₁，L₂，...，L_n锁频控制过程完成，此时所有双纵模激光器输出激光的频率锁定在同一频率值上，即v₁＝v₂＝...＝v_n＝v_ro+Δv_set或v₁＝v₂＝...＝v_n＝v_ro-Δv_set；

(7)将预设的偏频参考值调整为Δv_set′，重复步骤(4)、(5)和(6)，双纵模激光器L₁，L₂，...，L_n输出激光的频率锁定在重新设置的频率值v_ro+Δv_set′或v_ro-Δv_set′上，频率v_ro+Δv_set′与v_ro+Δv_set或频率v_ro-Δv_set′与v_ro-Δv_set在激光增益曲线上对应的增益数值不相同，从而双纵模激光器L₁，L₂，...，L_n输出激光的功率值也得到调整。