[发明专利]基于热电制冷和声光移频的双纵模激光器互锁方法和装置

权利要求书

1.一种基于热电制冷和声光移频的双纵模激光器互锁方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)开启参考双纵模稳频激光器的电源，经过预热和稳频过程后，激光器输出正交偏振的两个纵模光，利用偏振分光镜分离出其中一个纵模光作为参考双纵模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，分别作为双纵模激光器L_i,i＝1,2,…,n频率锁定的参考光束；

(2)开启双纵模激光器L_i,i＝1,2,…,n的电源，所有双纵模激光器同时进入预热过程，测量当前环境的温度值，设定预热的目标温度T_set，且T_set高于环境温度，利用热电制冷器对激光器内部的激光管进行加热，使激光管的温度趋于预先设定的温度值T_set并达到热平衡状态，在此基础上根据预热算法微调热电制冷器的工作电流的正负和大小，使激光管主输出端和副输出端的激光包括正交偏振的两个纵模光；

(3)预热过程结束后，双纵模激光器L_i,i＝1,2,…,n进入稳频控制过程，利用渥拉斯顿棱镜将其内部激光管副输出端的正交偏振的两个纵模光分离，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纵模光的功率之差ΔP_i＝P_i¹–P_i²,i＝1,2,…,n，并根据ΔP_i,i＝1,2,…,n的正负和大小调整热电制冷器工作电流的正反和大小，使ΔP_i＝0,i＝1,2,…,n，进而使激光的频率趋于稳定数值；

(4)利用偏振分光镜分离出激光管主输出端激光中的一个纵模光，记为光束T_i,i＝1,2,…,n，所述光束T_i,i＝1,2,…,n频率记为ν_i,i＝1,2,…,n，光束T_i,i＝1,2,…,n分别进入工作频率为f_i,i＝1,2,…,n的声光移频器S_i,i＝1,2,…,n进行移频，声光移频器S_i,i＝1,2,…,n对应的输出激光的频率记为ν_i+f_i,i＝1,2,…,n，所述声光移频器S_i,i＝1,2,…,n输出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输出光束Z_i,i＝1,2,…,n，作为双纵模激光器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的工作频率f_i,i＝1,2,…,n调整为ν_r–ν_i,i＝1,2,…,n，从而使双纵模激光器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，使双纵模激光器L_i,i＝1,2,…,n的输出光束Z_i,i＝1,2,…,n的频率始终锁定于同一频率值ν_r。

2.一种基于热电制冷和声光移频的双纵模激光器互锁装置，包括激光器电源A(1)、稳频状态指示灯(2)、参考双纵模稳频激光器(3)、偏振分光镜A(4)、光纤分束器(5)，激光器电源A(1)和稳频状态指示灯(2)均与参考双纵模稳频激光器(3)连接，偏振分光镜A(4)放置在参考双纵模稳频激光器(3)输出端和光纤分束器(5)输入端之间，其特征在于装置中还包括n≥1个结构相同、呈并联关系的双纵模激光器L_i,i＝1,2,…,n，其中每一个双纵模激光器L_i,i＝1,2,…,n的装配结构是：激光器电源B(15)与激光管(6)连接，激光管(6)放置在导热金属腔(13)中，激光管(6)与导热金属腔(13)之间的空隙填充导热硅胶层(12)，激光管温度传感器(10)放置于导热硅胶层(12)中，并紧贴激光管(6)外壁，所述激光管温度传感器(10)输出端接稳频控制模块(9)，热电制冷器(11)贴合在导热金属腔(13)外壁上，所述热电制冷器(11)输入端接稳频控制模块(9)，环境温度传感器(14)与稳频控制模块(9)连接，渥拉斯顿棱镜(7)放置在激光管(6)副输出端后，所述渥拉斯顿棱镜(7)后放置二象限光电探测器(8)，二象限光电探测器(8)的输出端与稳频控制模块(9)连接，偏振分光镜B(16)放置在激光管(6)主输出端前，所述偏振分光镜B(16)后放置声光移频器(17)，分光镜(18)放置在声光移频器(17)与光纤合束器(19)的一个输入端之间，光纤合束器(19)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(20)放置在光纤合束器(19)的输出端与高速光电探测器(21)之间，高速光电探测器(21)、频率测量模块(22)、频率调整模块(23)、声光移频器(17)依次连接，锁频状态指示灯(24)与频率调整模块(23)连接。