[实用新型]单频连续光环形腔倍频系统

说明书

本实用新型公开了一种单频连续光环形腔倍频系统，包括“8”字形环形腔，光电探测器压电陶瓷和激光锁频机构，所述的“8”字形环形腔包括基频光输入端面镜、平面腔镜、凹面腔镜、凹面输出腔镜腔镜，以及设置在凹面腔镜和凹面输出腔镜腔镜光路之间的倍频晶体。本实用新型的激光锁频系统包括光电探测器、锁频装置、示波器、驱动腔镜的压电陶瓷装置组成，光电探测器探测腔内的光学振荡情况，反馈给锁频装置，由锁频装置发出信号传至压电驱动上，进而调节腔长，这样就可形成对光的在线检测和电学反馈，实现对腔长的锁定，保持激光器频率的稳定。

技术领域

本实用新型属于激光器技术领域，具体涉及一种单频连续光环形腔倍频系统。

背景技术

环形激光器具有效率高、结构紧凑、性能稳定、寿命长和全固化等优点，广泛应用于激光雷达、光谱分析、引力波探测、相干通讯和量子光学等领域。

为了获得较为稳定的倍频激光输出，要求外部倍频环形腔的光学长度保持在基频光波的整数倍以达到谐振增强的目的。外界环境的改变以及机械振动等因素会对激光器腔长产生影响，破坏环形腔的谐振状态。

频率锁定的实质是选取一个参考频率作为标准值，当激光频率偏离标准值时对其进行鉴别，产生一个反映这一偏差的误差信号，该误差信号不仅能够指明偏离标准值的量，而且还能指明偏离方向，然后将误差信号转变为执行信号反馈回来，通过控制系统自动调节腔长，就可以使激光工作频率锁定在特定的频率上，频率锁定的关键是获得稳定且信噪比高的误差信号。目前，频率锁定的方法主要有Pound-Drever-Hall(PDH)锁频技术、Hansch-Couillaud(HC)锁频技术等。其中，PDH锁频技术是通过对激光进行频率调制(调制频率约MHz量级)后与外腔相互作用，将入射腔镜的反射信号进行解调，从而获得腔模频率调制光谱的色散信号，这一信号对于锁频位置具有奇函数特征，可以用来作为误差信号。目前针对双波长外腔共振系统的频率锁定的方法主要是PDH锁频技术。Emmanuel等人于2009年在Physics Optics上发表了题为“Solid-state laser system for laser cooling ofSodium”的论文，该工作就是利用PDH锁频技术对双波长外腔共振系统进行频率锁定。PDH锁频技术的优点是具有高的灵敏度和信噪比，缺点则是需要对激光频率进行高频调制，对基频光损耗较大，且需要对信号进行高频探测，过程比较复杂。HC锁频技术是一项基于偏振态检测的误差信号产生技术，主要是通过在腔内放置一个双折射晶体，输入的线偏振光入射到晶体后会沿竖直方向和水平方向进行分解，由于两个方向对应的晶体折射率不同，两者不会同时共振，当竖直偏振方向的光与腔发生共振时，水平方向的光会完全反射，这样反射信号由于腔对两个偏振方向的相移不同，使其偏振态随激光与腔模失谐频率而变化，因此通过对偏振态的检测就可以获得具有奇函数特征的误差信号。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种单频连续光环形腔倍频系统，可保持环形腔的腔长稳定，频率实现锁定。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种单频连续光环形腔倍频系统，包括“8”字形环形腔，光电探测器压电陶瓷和激光锁频机构，所述的“8”字形环形腔包括基频光输入端面镜、平面腔镜、凹面腔镜、凹面输出腔镜腔镜，以及设置在凹面腔镜和凹面输出腔镜腔镜光路之间的倍频晶体，所述的压电陶瓷设置在所述的平面腔镜的背部，所述的光电探测器置于所述的凹面腔镜后方以探测谐振腔的透射光谱并获得反射信号，所述的压电陶瓷与压电驱动器连接，所述的压电驱动器和光电探测器分别连接至激光锁频机构。

在上述技术方案中，包括与所述的激光锁频机构连接的示波器。

在上述技术方案中，所述的频率锁定装置采用PZT压电陶瓷进行腔长控制。

在上述技术方案中，所述的单频连续光的发生机构包括单频激光器、隔离器以及整形系统，所述的整形系统是由依次设置的一个自聚焦透镜、两个正交柱面镜和聚焦透镜组成。