[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

说明书

技术领域

本发明属于激光应用技术领域，特别是一种基于压电效应和声光移频的纵向塞曼激光锁频方法及其装置。

背景技术

近年来，以光刻机和数控机床为代表的超精密测量与加工技术朝着大尺度、高精度、多空间自由度同步测量方向发展，对激光干涉测量系统的总激光功率消耗急剧增加，远超过单台稳频激光器的输出激光功率，因此需要同时采用多台稳频激光器进行组合测量。然而，不同稳频激光器在相对频率稳定度、激光波长值、波长漂移方向等方面存在差异，这将带来激光干涉测量系统不同空间自由度的测量精度、波长基准和空间坐标不一致的问题，从而影响整个多维激光干涉测量系统的综合测量精度。为了保证激光干涉测量系统的综合测量精度，要求组合使用的多台稳频激光器的频率一致性要达到10^-8，因此稳频激光器之间的频率一致性已经成为超精密测量与加工技术发展亟需解决的关键问题之一。

目前应用于激光干涉测量系统的稳频激光光源主要有双纵模稳频激光器、横向塞曼稳频激光器和纵向塞曼激光器等，这类激光器在稳频基准上以激光增益曲线的中心频率作为稳频控制的参考频率，而激光增益曲线的中心频率随工作气体气压和放电条件而改变，且多台稳频激光器在物理参数上无法做到高度一致，故其稳频控制的参考频率存在差异，从而导致多台稳频激光器输出激光的频率一致性较低，只能到达10^-6～10^-7。

为了解决稳频激光器之间的频率一致性较差的问题，哈尔滨工业大学提出一种双纵模激光器偏频锁定方法（中国专利申请号CN200910072517、CN200910072518、CN200910072519和CN200910072523），该方法以一台碘稳频激光器或双纵模激光器输出激光的频率作为基准，其余多台双纵模激光器相对于基准频率偏移一定的数值进行锁定，从而使多台双纵模激光器的输出激光具有相同的波长（频率），但是该方法在激光频率的锁定过程中，需要调整激光器的内部工作参数，一方面由于调整的方式属于间接调整，系统的响应速度相对比较迟缓，另一方面由于每个激光器的特性参数存在一定差异，激光器内部工作参数的改变可能会对激光的频率稳定度产生不良影响，严重的情况甚至会导致激光器失锁。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于压电效应和声光移频的纵向塞曼激光锁频方法，其目的是结合声光移频器的移频特性和压电陶瓷稳频的纵向塞曼稳频激光器的优点，为超精密加工与测量技术提供一种波长一致性优良的激光光源。本发明还提供了一种基于压电效应和声光移频的纵向塞曼激光锁频装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于压电效应和声光移频的纵向塞曼激光锁频方法，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；