[发明专利]一种高稳定性的偏振光谱稳频装置

说明书

本发明涉及激光稳频技术领域，具体为适用于偏振光谱稳频的一种高稳定性的偏振光谱稳频装置。本发明解决了现有偏振光谱稳频技术中鉴频曲线（或偏振光谱）线型易受到输出激光功率波动、光学元件振动和激光偏振变化影响的问题，通过反馈电路稳定偏振光谱中需要探测的两束弱光光强，使每次稳频时鉴频曲线线型一样，提高了偏振光谱锁频的绝对精度。一种高稳定性的偏振光谱稳频装置，包括半导体激光器、整形棱镜、二分之一波片、偏振分光棱镜（偏振分光棱镜）、凸透镜、声光调制器、射频信号发生器、功率放大器、四分之一波片、反射镜、单通道光电探测器、原子蒸汽泡、挡光块、平衡光电探测器、反馈电路。

技术领域

本发明涉及激光稳频技术领域，具体是适用于偏振光谱稳频的一种高稳定性的偏振光谱稳频装置。

背景技术

随着激光技术的快速发展，激光器在精密测量、激光通信、激光雷达和冷原子钟的诸多领域得到了广泛应用。激光器输出激光频率的稳定性是一个极其重要的指标，激光稳频成为激光技术的重要研究内容，在科学研究与应用领域中发挥着至关重要的作用。一般情况下，激光器在受到周围环境影响时，如环境温度和机械振动等，会使激光器的谐振腔和工作电流发生变化，导致激光器输出激光频率不稳定。当前用于稳定激光频率的主要方法有饱和吸收光谱稳频、偏振光谱稳频、法布里-珀罗腔稳频和锁相环稳频等。这里，偏振光谱稳频技术是基于原子吸收线稳频技术发展起来的无调制稳频方法，不需要对激光器的驱动电流进行调制。相比于需要调制的饱和吸收光谱稳频技术，偏振光谱技术提高了激光频率的锁定精度，被广泛应用于高分辨原子分子光谱、精密测量、原子干涉仪和冷原子钟的研究。然而，激光器输出激光功率的波动、光学元件的微振动和激光偏振的微小变化都会对偏振光谱中需探测的两束弱光光强造成很大影响，引起鉴频曲线（或偏振光谱）线型变化，从而影响锁频结果。因此，若能稳定偏振光谱中最终入射到平衡光电探测器两束弱光的光强，不但能使每次稳频时鉴频曲线线型保持一样，还能保证每次激光频率锁定的绝对精度。基于此，需要发明一种产生稳定偏振光谱的装置，以解决现阶段被用于偏振光谱稳频的激光光强不稳定引起鉴频曲线线型不稳定的问题。

发明内容

本发明为了解决现有被用于偏振光谱稳频的激光光强不稳定引起鉴频曲线线型变化的问题，提供了适用于偏振光谱稳频的一种产生稳定偏振光谱的装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种高稳定性的偏振光谱稳频装置，其特征在于，包括：半导体激光器、整形棱镜、第一二分之一波片、第一偏振分光棱镜、第二二分之一波片、第二偏振分光棱镜、第一透镜、声光晶体、第二透镜、第一挡光板、第一四分之一波片、第一反射镜、第二挡光板、射频信号发生器、功率放大器、第二反射镜、第三二分之一波片、第三偏振分光棱镜、第三反射镜、第四二分之一波片、原子蒸汽玻璃泡、第三挡光板、第五二分之一波片、第四偏振分光棱镜、第二四分之一波片、第四反射镜、第五偏振分光棱镜、第五反射镜、平衡光电探测器和反馈电路；

其中，半导体激光器输出激光经整形棱镜后，射入由第一二分之一波片和第一偏振分光棱镜组成的分光光路；第一偏振分光棱镜一侧设有由第二二分之一波片、第二偏振分光棱镜和双次通过声光调制器组成的光路，其中双次通过声光调制器光路由第一透镜、声光晶体、第二透镜、第一挡光板、第一四分之一波片、第一反射镜、第二挡光板、射频信号发生器和功率放大器依次连接组成；激光从第二偏振分光棱镜射出后，射入第二反射镜、第三二分之一波片和偏振光谱光路，所述的偏振光谱光路由第三偏振分光棱镜、第三反射镜、第四二分之一波片、原子蒸汽玻璃泡、第三挡光板、第二四分之一波片、第四反射镜、第五偏振分光棱镜、第五反射镜、平衡光电探测器依序连接组成；第三偏振分光棱镜的反射光作为弱探测光，在进入原子蒸汽玻璃泡前通过由第五二分之一波片和第四偏振分光棱镜构成的分光光路，第四偏振分光棱镜的反射光经第六反射镜耦合到单通道光电探测器中，单通道光电探测器的输出电压接入到反馈电路，被用于稳定偏振光谱的线型；所述反馈电路包括由第一电阻R1、第二电阻R3、第三电阻R4、第四电阻R5、第一电位器R2和第一运放U1构成的加法器及由第二电位器R6、第三电位器R7、电容C1和第二运放U2构成的比例、积分电路，单通道光电探测器的输出电压输入到反馈电路的第一电阻R1。