[发明专利]一种智能化激光锁定装置及锁定方法

权利要求书

1.一种智能化激光锁定装置，包括激光器、与激光器的输出端连接的声光调制器、与声光调制器的输出端连接的物理鉴频系统，其特征在于：它还包括直接数字式频率合成器、第一光电探测器、处理器、模数转换器组、数模转换器和与处理器连接的计算机，其中，所述第一光电探测器的衍射光功率探测端连接声光调制器的输出端，第一光电探测器的信号输出端通过模数转换器组连接处理器，所述处理器的射频功率控制信号输出端连接直接数字式频率合成器的射频功率控制信号输入端，所述直接数字式频率合成器的射频功率驱动信号输出端连接声光调制器的晶体驱动端，所述处理器的数字电压信号输出端通过数模转换器连接激光器的电流反馈信号输入端。 

2.根据权利要求1所述的智能化激光锁定装置，其特征在于：它还包括第二光电探测器，所述第二光电探测器的荧光功率探测端连接物理鉴频系统的跃迁辐射荧光输出端，所述第二光电探测器的信号输出端通过模数转换器组连接处理器，所述处理器的射频频率控制信号输出端连接直接数字式频率合成器的射频频率控制信号输入端，所述直接数字式频率合成器的射频频率驱动信号输出端连接声光调制器的晶体驱动端。 

3.根据权利要求1或2所述的智能化激光锁定装置，其特征在于：所述处理器为ARM或FPGA或单片机。 

4.根据权利要求1或2所述的智能化激光锁定装置，其特征在于：所述物理鉴频系统为原子共振跃迁吸收装置。 

5.一种利用权利要求2所述智能化激光锁定装置的激光锁定方法，其特征在于，它包括如下步骤： 

步骤101：所述处理器输出一个固定频率的三角波； 

步骤102：数模转换器将上述固定频率的三角波转换为模拟信号后输入激光器，对激光器进行扫频，使激光器产生激光； 

步骤103：上述激光经过声光调制器进行衍射后获得激光探测信 号进入物理鉴频系统，并使物理鉴频系统内的原子吸收跃迁辐射，释放跃迁辐射荧光； 

步骤104：第二光电探测器探测到物理鉴频系统释放出的跃迁辐射荧光，并输出对应的荧光模拟电压信号； 

步骤105：上述荧光模拟电压信号经过模数转换器组转换成数字信号后输送给处理器； 

步骤106：处理器捕获并记录荧光数字电压信号，即物理鉴频系统的原子的吸收跃迁曲线； 

激光器的每一个扫描频率实际对应一个处理器接收的电压值，经处理器比较找到物理鉴频系统的铷原子的吸收跃迁曲线的最高峰，即点(f₀，U₀)，每一次扫频确定一峰值点(f_0i，U_0i)；为了更精确的确定吸收峰，命令处理器对激光器扫频N₀次，处理器根据如下公式对N₀次扫描结果求平均值： 

由式(1)得到吸收峰对应的激光器输入恒定电压处理器经数模转换器向激光器输入恒量使激光器频率基本确定在原子跃迁吸收曲线内，即实现了频率稳定环路的开环稳频工作； 

步骤201：处理器向直接数字式频率合成器输入一频率为f_s的方波； 

步骤202：直接数字式频率合成器工作在频移键控模式，跳频输出频率为F₁和F₂的正弦信号，该正弦信号作用于声光调制器的晶体对输入声光调制器的激光进行调制； 

F₂-F₁=δF                                  (2) 

f_s为直接数字式频率合成器的频移键控时钟，f_s决定调制频率，ΔF决定调制深度，被调制后的激光经物理鉴频系统后由第二光电探测器探测，处理器获得经模数转换后对应的荧光数字电压信号； 

步骤203：处理器根据上述接收到的荧光数字电压信号，按照如下方法判断此时激光器频率位于原子吸收跃迁中心频率的对应位置：当U_F1<U_F2时,则f_L>f₀;当U_F1>U_F2时,则f_L<f₀;当U_F1=U_F2,时则f_L=f₀, 其中，f_L为经声光调制器后的激光探测信号频率，f₀为原子吸收跃迁中心频率，U_F1为频率为F₁的正弦信号作用于声光调制器下，获得的激光频率经物理鉴频系统量子鉴频作用所对应的电压，U_F2为频率为F₂的正弦信号作用于声光调制器下，获得的激光频率经物理鉴频系统量子鉴频作用所对应的电压； 

步骤204：当U_F1<U_F2时处理器控制减小激光器和/或直接数字式频率合成器的输出频率，使得激光探测信号频率稳定在原子吸收跃迁峰的中心，即U_F1=U_F2；当U_F1>U_F2时处理器控制增大激光器和/或直接数字式频率合成器的输出频率，使得激光探测信号频率稳定在原子吸收跃迁峰的中心，即U_F1=U_F2，即实现了频率稳定环路的闭环稳频工作。