[发明专利]基于压电效应和声光移频的纵向塞曼激光锁频方法和装置

权利要求书

1.一种基于压电效应和声光移频的纵向塞曼激光锁频方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）开启参考纵向塞曼稳频激光器的电源，经过预热和稳频过程后，激光器输出正交偏振的两个激光分量，利用偏振分光镜分离出其中一个激光分量作为参考纵向塞曼稳频激光器的输出光，其光波频率记为ν_r，此输出光由光纤分束器分离成n≥1路，记为光束X_i(i=1,2,…,n)，分别作为纵向塞曼激光器L_i(i=1,2,…,n)频率锁定的参考光束；

（2）开启纵向塞曼激光器L_i(i=1,2,…,n)的电源，稳频控制模块输出一预设电压值施加在置于纵向磁场中的激光管副输出端的环形压电陶瓷上，使环形压电陶瓷的长度在激光管轴向上发生微小变化，以调整安装在环形压电陶瓷上的腔镜在激光管轴向的位置，进而调整激光管的腔长，使激光管工作于单纵模光输出状态，该单纵模光在纵向磁场作用下分裂为左旋和右旋圆偏振两个激光分量，并从激光管的主输出端和副输出端输出；

（3）纵向塞曼激光器L_i(i=1,2,…,n)在预热过程结束后进入稳频控制过程，激光管副输出端的左旋和右旋圆偏振光经1/4波片转变为相互正交的线偏振光，并由渥拉斯顿棱镜进行分离，其光功率P_i¹(i=1,2,…,n)和P_i²(i=1,2,…,n)由二象限光电探测器测量得出，稳频控制模块计算出两个激光分量的功率之差ΔP_i=P_i¹–P_i²(i=1,2,…,n)，并根据ΔP_i(i=1,2,…,n)的正负和大小调整施加在环形压电陶瓷上的电压值大小，使P_i¹(i=1,2,…,n)趋于零，进而使激光的频率趋于稳定数值；

（4）激光管主输出端的左旋和右旋圆偏振光由1/4波片转变为两个相互正交的线偏振激光，并利用偏振分光镜分离出其中一个线偏振激光分量，记为光束T_i(i=1,2,…,n)，其频率记为ν_i(i=1,2,…,n)，光束T_i(i=1,2,…,n)分别进入驱动频率为f_i(i=1,2,…,n)的声光移频器S_i(i=1,2,…,n)进行移频，其对应的输出激光的频率记为ν_i+f_i(i=1,2,…,n)，此激光再由分光镜分为强度比为9:1的两部分光，其中强度相对较大的部分光记为光束Z_i(i=1,2,…,n)，分别作为纵向塞曼激光器L_i(i=1,2,…,n)的输出激光，强度相对较小的部分光记为光束Y_i(i=1,2,…,n)；

（5）将光束X_i(i=1,2,…,n)分别与光束Y_i(i=1,2,…,n)进行光学混频形成光学拍频信号，利用光电探测器将光学拍频信号转换为电信号，其频率值Δν_i=ν_i+f_i–ν_r(i=1,2,…,n)由频率测量模块测得，频率调整模块根据测量得到的光学拍频信号的频率值Δν_i(i=1,2,…,n)，计算得出光束X_i(i=1,2,…,n)和Y_i(i=1,2,…,n)的频率差值ν_r–ν_i=f_i–Δν_i(i=1,2,…,n)，并将声光移频器S_i(i=1,2,…,n)的驱动频率f_i(i=1,2,…,n)调整为ν_r–ν_i(i=1,2,…,n)，从而使纵向塞曼激光器L_i(i=1,2,…,n)输出光束Z_i(i=1,2,…,n)的频率等于参考光束X_i(i=1,2,…,n)的频率，即ν_i+ f_i= ν_r(i=1,2,…,n)；

（6）循环重复步骤（4）到（5），通过调整声光移频器S_i(i=1,2,…,n)的工作频率f_i(i=1,2,…,n)，使纵向塞曼激光器L_i(i=1,2,…,n)的输出激光Z_i(i=1,2,…,n)的频率始终锁定于同一频率值ν_r。

2.一种基于压电效应和声光移频的纵向塞曼激光锁频装置，包括激光器电源A（1）、稳频状态指示灯（2）、参考纵向塞曼稳频激光器（3）、偏振分光镜A（4）、光纤分束器（5），其特征在于装置中还包括n≥1个结构相同、呈并联关系的纵向塞曼激光器（L₁, L₂,…, L_n），其中每一个纵向塞曼激光器（L₁, L₂,…, L_n）的装配结构是：激光器电源B（16）与激光管（6）连接，激光管（6）放置在纵向磁场模块（7）中，其轴线与磁场方向平行，环形压电陶瓷（13）安装在激光管（6）的副输出端，其输入端接稳频控制模块（11），腔镜（14）安装在环形压电陶瓷（13）上，激光管温度传感器（12）贴在激光管（6）外壁上，其输出端接稳频控制模块（11），环境温度传感器（15）与稳频控制模块（11）连接，1/4波片A（8）、渥拉斯顿棱镜（9）和二象限光电探测器（10）依次放置在激光管（6）副输出端后，二象限光电探测器（10）的输出端与稳频控制模块（11）连接，1/4波片B（17）、偏振分光镜B（18）和声光移频器（19）依次放置在激光管（6）主输出端前，分光镜（20）放置在声光移频器（19）与光纤合束器（21）的一个输入端之间，光纤合束器（21）的另一个输入端与光纤分束器（5）的输出端之一连接，检偏器（22）放置在光纤合束器（21）的输出端与高速光电探测器（23）之间，高速光电探测器（23）、频率测量模块（24）、频率调整模块（25）、声光移频器（19）依次连接，锁频状态指示灯（26）与频率调整模块（25）连接。