[发明专利]一种超稳激光器的自动锁定及重锁系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种超稳激光器的自动锁定及重锁系统及其工作方法，包括电光调制器、第一波片、偏振分光棱镜、第二波片、光学参考腔、监测单元、光电探测器、运算控制单元、鉴频单元、比例积分控制电路(PI)以及电压驱动器，通过激光器的输出频率与光学参考腔产生共振，再通过运算控制单元调节比例积分控制电路(PI)的参数，从而实现超稳激光器的自动锁定；同时，利用监测单元对超稳激光器的锁定状态进行监测，以对失锁后的激光器能够进行重新锁定，本发明的优点在于提高了激光器成功锁定的概率，降低了激光器锁定过程所需的时间，同时也保证了激光器锁定的质量，加快了超稳激光器的商用化及空间应用的过程。

技术领域

本发明属于高精度时间频率技术领域，涉及一种超稳激光器的自动锁定及重锁系统及其工作方法。

背景技术

高精度时间频率信号直接关系着国家安全和社会发展，在国防建设、科学研究和国家基础设施建设等领域有着非常广泛的应用。随着激光精密光谱以及光学频率梳等技术突破，冷原子光钟的频率稳定度和准确度都已进入10^-18量级，比现有的铯原子喷泉钟高出约两个量级，将大大提高当前时间频率系统的精度，具有超高频率稳定度的超稳激光器作为冷原子光钟的本地振荡器，直接决定着光钟中短期稳定度，是光学原子钟的最核心部分。同时，为了对如此高精度的时频信号进行传输，则需要一种精度远高于光钟精度的传输方式对光钟的光学频率信号进行传输。目前，以超稳激光器为传递光源的光纤光学频率传输精度最高，也是最望实现如此高精度的光学频率信号传输的唯一手段。此外，超稳激光器在高精密光谱测量、引力红移测量、相对论的检验、甚长基线干涉和引力波观测等领域，并且在相干通信、激光陀螺和激光测距等工业领域也有着重要的应用前景。

大多的超稳激光器都处于实验室状态，需要专业人员的人为操作来实现超稳激光器的锁定，从而限制超稳激光器的商用化及在未来空间领域中应用。首先，超稳激光器的锁定过程较为复杂，一般在锁定过程中需要对数个开关及按钮进行细致的微调，不易于一般用户操作，使得超稳激光器的应用范围受限；其次，超稳激光器的人为操作锁定过程所需要的时间较长，正常情况下，需1-2分钟的时间才能够锁定。因此，提出了一种超稳激光器的自动锁定及重锁方法与系统，方便超稳激光器在其他领域的可以被广泛应用。

发明内容

本发明的主要目的是克服了超稳激光器上述的技术缺点，提供了一种超稳激光器的自动锁定及重锁方法与系统；

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种超稳激光器的自动锁定及重锁系统，包括电光调制器、第一波片、偏振分光棱镜、第二波片、光学参考腔、监测单元、光电探测器、运算控制单元、鉴频单元、比例积分控制电路(PI)以及电压驱动器，其中，所述激光器输出光首先经过电光调制器；所述电光调制器用于对光进行相位调制，所述被调制的光经过第一波片与偏振分光棱镜调节进入光学参考腔的光功率；所述进入光学参考腔的光，其中前端腔镜的透射光与反射光用于解调光学误差信号至射频段，后端腔镜透射光用于监测超稳激光的锁定状态；

所述透射光与反射光经第二波片与偏振分光棱镜引导进入鉴频单元，鉴频单元得到系统的误差信号送入到比例积分控制电路(PI)，比例积分控制电路(PI)通过误差信号进行计算得到需要输出的反馈信号，包括一路快速反馈信号和一路慢速反馈信号，其中，所述快速反馈信号用于伺服控制激光器的快速抖动；慢速反馈信号用于伺服控制激光器的慢速频率漂移；

所述运算控制单元用于控制调节电压驱动器的输出电压以控制激光器的输出频率，使激光器的输出光频率与光学参考腔共振，所述运算控制单元还用于对比例积分控制电路(PI) 的参数进行优化。

进一步的，所述鉴频单元包括光电探测器、混频器、低通滤波器和直接数字频率合成器 (DDS)；所述光电探测器用于解调出带有光学误差信息的射频信号，所述混频器用于接收光电探测器解调出带有光学误差信息的射频信号，所述混频器调解出系统的误差信号，传送给低通滤波器，经低通滤波器滤波后输送给比例积分控制电路(PI)。