[发明专利]用于离轴积分腔系统中激光器的波长锁定装置及其锁定方法

权利要求书

1.一种用于离轴积分腔系统中激光器的波长锁定方法，包括其输入端与温度电流控制器(11)电连接、输出端与光纤(2)连接的激光器(1)，以及光纤(2)输出光路上的待测气体和光电传感器(6)，其中的待测气体置于光学谐振腔(4)中，光学谐振腔(4)的光轴偏离光纤(2)的输出光路，温度电流控制器(11)与光电传感器(6)间电连接有波长锁定部件(12)，波长锁定部件(12)由依次串接的数据采集分析器件(7)、模拟PID器(8)和加法器(10)，以及输出端与加法器(10)电连接的锯齿波发生器(9)组成，以用于对激光器输出频率的调制、采集光电传感器的信号和对其进行处理，其特征在于主要步骤如下：

步骤1，对激光器的工作电流采用锯齿波的调制方法，并以锯齿波上升沿的初始值为起点来采集光电传感器的信号；

步骤2，对采集的信号按含有完整待测气体吸收峰的、等长的数据段进行截取和处理，其中，

以截取的首个数据段作为参考信号，

以首个数据段的初始位点≤15点处的位置为起点来截取下一数据段作为测量信号，

对测量信号数据段与参考信号数据段中的数据点按下式进行线性相关系数r的运算：

式中的X_i为参考信号数据段中的数据点、为参考信号数据点的平均值、σ_X为参考信号数据点的标准差，Y_i为测量信号数据段中的数据点、为测量信号数据点的平均值、σ_Y为测量信号数据点的标准差，n为区间内数据点的个数，

当线性相关系数r≠1时，增加一个数据点的位置后截取下一数据段作为测量信号，并对该作为测量信号的下一数据段进行线性相关系数r的运算，直至线性相关系数r为1时，保存数据点位置的增加值；

步骤3，将增加值与首个测量数据段的初始位点值相加后，减去首个数据段的初始位点值，其差值作为激光器中心波长的漂移信号送往模拟PID器，以将激光器的输出频率稳定在特定的吸收峰上。

2.根据权利要求1所述的用于离轴积分腔系统中激光器的波长锁定方法，其特征是光纤(2)与光学谐振腔(4)间置有可调节聚焦透镜组(3)。

3.根据权利要求1所述的用于离轴积分腔系统中激光器的波长锁定方法，其特征是光学谐振腔(4)与光电传感器(6)间置有聚焦透镜(5)。

4.根据权利要求1所述的用于离轴积分腔系统中激光器的波长锁定方法，其特征是光学谐振腔(4)为管状物，其管侧分别置有进气口和出气口、管两端面分别置有前全反镜(41)和后全反镜(42)。

5.根据权利要求4所述的用于离轴积分腔系统中激光器的波长锁定方法，其特征是管状光学谐振腔(4)的管长为27cm、管内径为20mm，进气口和出气口的直径均为10mm，前全反镜(41)和后全反镜(42)的反射率均≥99.99％。

6.根据权利要求1所述的用于离轴积分腔系统中激光器的波长锁定方法，其特征是激光器(1)为分布反馈式半导体激光器，或量子级联激光器。

7.根据权利要求1所述的用于离轴积分腔系统中激光器的波长锁定方法，其特征是光电传感器(6)为铟镓砷光电传感器。

8.根据权利要求1所述的用于离轴积分腔系统中激光器的波长锁定方法，其特征是数据采集分析器件(7)为带有A/D和D/A变换的单片机。

9.根据权利要求1所述的用于离轴积分腔系统中激光器的波长锁定方法，其特征是模拟PID器(8)由比例电路、积分电路和微分电路组成，其参数设置由凑试法确定。