[发明专利]一种用于原子测量的半导体激光光源

说明书

技术领域

本发明属于光源，具体涉及一种用于原子测量的半导体激光光源。

背景技术

随着半导体激光器技术的快速发展，半导体激光器的性能不断提高，并在高分辨光谱、激光冷却与囚禁原子、量子传感等原子测量研究方面得到广泛的应用。在这些应用领域中，通常需要将输出激光的中心频率锁定在某个特定的参考频率上，因此对激光频率的稳定性提出了极高的要求，达到MHz量级。

为了实现上述要求的激光频率稳定性，目前常用的方法是去多普勒饱和吸收法，如中国专利CN101593933A、CN204346911U所采用的方法。该方法将一束激光分解为参考光、检测光和泵浦光，其中检测光和泵浦光光路重合、方向相反地穿过饱和吸收池，参考光和检测光经光电探测器探测和差动放大后，将其输出作为激光频率稳定性控制的反馈信号。

此外，也有利用激光通过原子气室时产生的荧光强弱来进行激光频率稳定性控制的设计方法，如中国专利CN102111154A所采用的方法。该方法将一束激光穿过原子气室，通过扫描激光频率，使激光穿过原子气室时产生的荧光信号发生变化，光电探测器探测荧光信号的变化，并反馈控制激光频率使荧光信号保持最大值。

采用上述两种方法均能实现激光频率的高稳定性，但两者都需要在输出激光之后进行相应的光路设计和光电转换，并对前级驱动进行反馈控制，因此都存在体积庞大、结构复杂、对温度和力学环境适应能力差等问题，仅能在实验室环境条件下使用，难以在移动和便携产品上应用。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种用于原子测量的半导体激光光源。

本发明是这样实现的：一种用于原子测量的半导体激光光源，包括激光器 组件、驱动控制模块和光学组件，其中驱动控制模块驱动激光器组件产生激光，产生的激光通过光学组件的调整形成光源。

如上所述的一种用于原子测量的半导体激光光源，其中，所述的激光器组件包括半导体激光器、外温度传感器、外热电致冷器、热沉和散热器；

半导体激光器为内置温度传感器和热电致冷器的DBR半导体激光器，其内置温度传感器和热电致冷器与温度控制模块构成温度控制内环，直接对半导体激光器工作温度进行精确控制，

外温度传感器、外热电致冷器与温度控制模块构成温度控制外环，用于对热沉的温度进行控制，间接实现对半导体激光器工作温度进行初级控制，

热沉为导热系数高的结构体，既作为半导体激光器的安装载体，又作为温度控制内环和温度控制外环之间的热传递通道，

散热器为导热系数高的结构体，安装在外热电致冷器的热端，用于实现温度控制外环与外界环境之间进行热量交换。

如上所述的一种用于原子测量的半导体激光光源，其中，所述的驱动控制模块包括电流驱动模块和温度控制模块；

电流驱动模块是一个可控精密恒流源，用于产生驱动半导体激光器的高精度恒定电流，

温度控制模块与半导体激光器内置的温度传感器和热电致冷器构成温度控制内环，与外温度传感器和外热电致冷器构成温度控制外环，分别对半导体激光器和热沉进行温度闭环控制。

如上所述的一种用于原子测量的半导体激光光源，其中，所述的光学组件包括准直透镜、变形棱镜、光隔离器、光纤耦合器；

准直透镜用于将半导体激光器输出的椭圆形发散光束准直为椭圆形平行光束，

变形棱镜由两个楔形棱镜组成，用于将准直透镜产生的椭圆形平行光束转变成圆形平行光束，

光隔离器实现激光单向传播，避免激光反向传播导致激光频率扰动，

光纤耦合器用于将激光耦合进光纤内传输和使用。

本发明的效果是：在半导体激光器前端采取温度闭环控制和电流闭环控制，取代后端的光学设计和光电探测，在确保激光频率稳定性的同时，减小光源的体积，降低光源的复杂程度，提高光源的环境适应能力。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的激光器组件结构示意图；

图3是本发明的电流驱动模块结构示意图。

图4是本发明的温度控制模块结构示意图。

图5是本发明的光学组件结构示意图。

附图标记说明：A1.激光器组件；A11.半导体激光器；A12.外温度传感器；A13.外热电致冷器；A14.热沉；A15.散热器；A2.驱动控制组件；A21.电流驱动模块；A22.温度控制模块；A3.光学组件；A31.准直透镜；A32.变形棱镜；A33.光隔离器；A34.光纤耦合器。

具体实施方式