[实用新型]基于铯光泵磁力仪的激光稳频系统

说明书

一种基于铯光泵磁力仪的激光稳频系统及使用方法，激光驱动器的输出连接DBR激光二极管，为DBR激光二极管提供驱动电流，DBR激光二极管还连接用于提供温度控制的激光二极管温度控制器，DBR激光二极管发出的激光光路上依次设置有第一光学透镜、激光衰减片、第一四分之一玻片、偏振片、位于通电线圈内的充有铯原子的铯原子气室、第二光学透镜、第二四分之一玻片和PBS分光棱镜，PBS分光棱镜的一路输出通过第一光电探测器连接反馈回路，PBS分光棱镜的另一路输出通过第二光电探测器连接反馈回路，反馈回路的输出端连接激光驱动器。本实用新型简化了稳频系统的结构，在满足磁力仪的测磁精度基础上，可以有效降低磁力仪的空间复杂度。

技术领域

本实用新型涉及一种激光稳频。特别是涉及一种应用于原子光泵磁力、冷原子钟等的基于铯光泵磁力仪的激光稳频系统。

背景技术

激光自诞生以来就发展迅速，被广泛应用于工业、农业、通信、医疗、军事等领域。而在一些特殊领域中，对激光的性能有着很高的要求，如激光原子冷却、冷原子钟等。本课题主要研究高精度铯光泵磁力仪，由于原子磁力仪需要与原子超精细能级共振的激光来实现原子的极化和检测。激光器的频率稳定度直接影响原子磁力仪的灵敏度，而自由运转的半导体激光器的输出频率对注入电流、工作温度以及机械振动很敏感，即使是在单纵模情况下运转，其光谱线宽也较宽，使它的中心波长会在很大的一个范围内波动，频率稳定性差，因此需要对激光器进行稳频研究。

目前的主流激光稳频法有饱和吸收谱稳频、消多普勒极化谱稳频、原子气室二向色性稳频(Dichroic Atomic Vapour Laser Lack,DAVLL)。由于饱和吸收谱稳频和消多普勒极化谱稳频的结构简单，信噪比高，长期稳定度好等优点，是半导体激光器中最常用的两种稳频方式。但是这两种稳频法都需要让泵浦光和检测光以相反方向相同路径通过原子气室，这是很难实现的。所以本人在研究铯光泵磁力仪时，选用原子气室二向色性稳频。

2014年东北石油大学的刘强和卓艳男等人设计了基于DAVLL技术的半导体激光器稳频装置(参见在先技术[1]：“刘强,卓艳男,刘超,王家兴,牟海维.基于DAVLL技术的半导体激光器稳频装置设计[J].光学仪器,2014,36(06):551-554.”)，并且详细阐述了该装置的调整方法。但是该装置并没有PID调制模块，无法得到理想的鉴频曲线，而且在该装置中反馈信号直接作为激光器的驱动电流，因此该装置的稳频效果并不是很好。

2015年中北大学的孙黎对比研究了半导体激光器的几种稳频法(参见在先技术[2]：“孙黎.半导体激光器稳频方法的对比研究[D].中北大学,2015.”)，在文章中也搭建了DAVLL稳频系统及相应的调制方法。虽然该系统有PID调制模块，能得到相对较好的鉴频曲线，但该系统引入了压电陶瓷模块，将鉴频曲线反馈给激光器的压电陶瓷，利用压电陶瓷改变激光器的腔长，从而改变激光器输出激光的频率，实现稳频效果。但是由于压电陶瓷的引入，增加了系统的空间复杂度。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可以有效降低磁力仪的空间复杂度的基于铯光泵磁力仪的激光稳频系统。

本实用新型所采用的技术方案是：一种基于铯光泵磁力仪的激光稳频系统，包括激光驱动器，所述激光驱动器的输出连接DBR激光二极管，为DBR激光二极管提供驱动电流，所述DBR激光二极管还连接用于提供温度控制的激光二极管温度控制器，所述DBR激光二极管发出的激光光路上依次设置有第一光学透镜、激光衰减片、第一四分之一玻片、偏振片、位于通电线圈内的充有铯原子的铯原子气室、第二光学透镜、第二四分之一玻片和PBS分光棱镜，所述PBS分光棱镜的一路输出通过第一光电探测器连接反馈回路，所述PBS分光棱镜的另一路输出通过第二光电探测器连接反馈回路，所述反馈回路的输出端连接激光驱动器。

所述的反馈回路包括有依次串联的差分放大模块和PID模块，所述差分放大模块的两个输入端分别连接第一光电探测器和第二光电探测器的输出端，所述PID模块的调制输入端连接三角波发生模块的输出端，所述PID模块的输出端连接激光驱动器。