[发明专利]基于法布里-珀罗腔的非调制2μm激光稳频方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及基于法布里-珀罗腔的非调制2μm激光稳频方法和装置，属于激光应用技术领域。

背景技术

2μm位于大气传输窗口，处于人眼安全波段，是激光雷达探测大气污染，测量空气中CO₂、水蒸气分子的含量和测量风速的重要波长。激光雷达的激光频率稳定性是其重要的技术指标，它直接影响测量的精度，采用激光稳频技术的多普勒相干测风激光雷达，其测量精度将大大提高。目前，2μm激光稳频主要采用的方法是使用法布里-珀罗腔(F-P腔)的透射谱线作为参考来稳定激光频率的边带调制稳频法(PDH)，该方法首先利用光电相位调制器对激光频率进行调制，产生分布在激光频率两侧、幅度相等但位相相反的两个边带。当激光频率发生变化偏离标准频率时，两个边带经过法布里-珀罗腔反射后振幅和位相的变化是不相同的，则差拍信号不能完全抵消，探测器上会输出一个频率为调制频率的信号，此信号可以用来产生鉴频信号，从而将激光器的频率锁定在法布里-珀罗腔上，达到稳频的效果。基于法布里-珀罗腔的边带调制稳频法的主要缺点是2μm电光相位调制器价格昂贵，在2μm波段附近调制效果差，调制深度小，很难获得频率偏差信号，因此无法得到很好的稳频效果。

发明内容

本发明克服了基于法布里-珀罗腔的2μm激光边带调制稳频法中对电光相位调制器性能的依赖，从而无需对激光频率进行调制，即可实现2μm激光频率的稳定。

本发明提供了一种基于共焦法布里-珀罗腔的非调制2μm激光稳频方法，技术方案如下：

本发明的装置包括：2μm单块非平面环形腔激光器(1)、光隔离器(2)、第一偏振分光棱镜(3)、1/2波片(4)、第二偏振分光棱镜(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、第三反射镜(8)、共焦法布里-珀罗腔(9)、第一光电探测器(10)、第二光电探测器(11)、P-I控制电路(12)、驱动电压器(13)、压电陶瓷(14)和LD泵浦源(15)。

所述2μm单块非平面环形腔激光器(1)输出的光束为波长为2μm的单频光束；所述第一偏振分光棱镜(3)、第二偏振分光棱镜(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)与入射光夹角均为π/4并固定于支架上；所述1/2波片(4)与入射光夹角为π/2并固定于支架上；所述第三反射镜(8)可绕中心轴旋转，其旋转角度可通过螺丝固定；所述共焦法布里-珀罗腔(9)内两光线L₁与L₂夹角为θ。

本发明是这样实现的：第一光电探测器(10)和第二光电探测器(11)与P-I控制电路(12)连接，P-I控制电路(12)与驱动电压器(13)连接，驱动电压器(13)连接压电陶瓷(14)，压电陶瓷(14)粘着于2μm单块非平面环形腔激光器(1)的一个面上。2μm单块非平面环形腔激光器(1)发出的激光经光隔离器(2)后，由第一偏振分光镜(3)分束，一路光沿原传播方向继续传播，用作检测光，另一路光沿与原传播方向垂直的方向传播，经1/2波片(4)、第二偏振分光镜(5)，旋转1/2波片(4)使得第二偏振分光镜(5)分出的两路光的光功率相等，其中沿共焦法布里-珀罗腔(9)轴线方向传播的为L₂，旋转第三反射镜(8)使得另一路光L₁沿与共焦法布里-珀罗腔(9)轴线呈θ夹角的方向传播。

L₁与L₂在共焦法布里-珀罗腔(9)内光程不同，光程差使得透射的L₁、L₂存在频率差Δv，由于共焦法布里-珀罗腔(9)对不同的频率光透射率也不同，因此透射后的L₁和L₂光功率不同，经第一光电探测器(9)和第二光电探测器(11)转换成的电流值也不同，两者作差，得到电流差ΔI。若此时激光的波长为2μm，则L₁具有最大透过率(可通过设计共焦法布里-珀罗腔(9)的腔长来实现)，通过选定特定夹角θ，可使此ΔI得到较小且趋近0的值。在θ角固定的情况下，激光频率的变化会使Δv增大，从而导致ΔI增大，将电流差信号传递给P-I控制电路(12)，P-I控制电路(12)处理增大的ΔI信号，并控制驱动电压器(13)，驱动压电陶瓷(14)使2μm单块非平面环形腔激光器(1)的腔长发生变化，使变化了的激光频率回归到之前的状态，达到稳频的效果。

本发明结构简单，成本低廉，工作可靠，可以获得良好的2μm激光稳频效果。

附图说明

图1是本发明的原理图；