[发明专利]一种激光稳频的方法及系统

说明书

一种激光稳频的方法及系统，对拍频信号信噪比的要求大大降低，在频率相差很大的范围内都可以实现锁定，提高了系统的抗干扰能力。方法包括：将飞秒光梳和待稳频的外腔半导体激光器经拍频光路进行拍频，通过光电探测器得到拍频信号作为待测信号；输入FFT激光频率锁定控制器；进行滤波、放大，进入限幅电路，再将模拟信号转换成为数字信号；将数字信号输入到FPGA，做快速傅里叶变换，在频率域内找到频率的最大值，与标准参考频率比较得到误差信号，由数字比例‑积分控制方法处理获得数字频率激光调谐信号；通过高速数模转换板卡转换为模拟信号；通过偏置电路后作用于激光器PZT调谐端口，调节外腔半导体激光器腔长，实现激光器的稳频控制。

技术领域

本发明涉及激光稳频的技术领域，尤其涉及一种激光稳频的方法，以及一种激光稳频的系统。

背景技术

外腔半导体激光器(External Cavity Diode Laser,ECDL)由于具有体积小、效率高、使用寿命长、波长范围大且易于调节和调制等优点，自问世以来发展迅速，被广泛应用于光纤通信、光交换、光存储、光纤陀螺、光频标、计量检测等领域。近年来由于半导体激光器性能不断提升，成本与其他激光器相比更具有竞争力，使其在激光冷却与囚禁原子、原子惯性、原子频标、高分辨率激光光谱等前沿科学研究领域中的应用成为现实。这些应用中不仅要求半导体激光器窄线宽输出，而且更重要的是要求半导体激光器具有很高的频率稳定度，自由运转半导体激光器的频率稳定度仅能达到10^-7左右，不能满足系统要求，所以需要设计主动稳频方法和系统来提高频率稳定度。

主动稳频技术是选定一个稳定的标准参考频率，当激光器受到外界影响时，激光频率会偏离标准频率，把偏离量测量出来，通过电学反馈系统来调节激光器的腔长，把激光的频率重新恢复到稳定的标准参考频率上，实现激光稳频。稳定的标准参考频率一般有两种：一种是通过隔振和精密控温的F-P标准具，使用相位调制光外差稳频技术，激光的线宽可以被很好的压缩，长期稳定性也能够得到很大的改善，但是激光频率的绝对值却很难得到；另外一种是使用原子分子的精细跃迁谱线，通过使用各种各样的稳频技术，激光器的长期稳定性可以得到改善，并且因为跃迁频率的绝对值已知，因此可以改善频率的准确度。根据这两种参考频率发展出来的常见的稳频方法主要有PDH稳频和Lock-in稳频，属于鉴相稳频。Lock-in稳频就是将一个小的调制信号加入到激光中，当激光频率变化时，通过鉴相的方式鉴别，再通过电学反馈系统反馈到激光器，实现激光的频率稳定。这种系统结构复杂，成本高。利用原子分子的精细跃迁谱线的稳频方法，只能采用特定的分子或原子的吸收谱线作为参考频率，仍然有很多应用中找不到这样一个合适的参考频率。此外，当想把激光器锁定到飞秒光梳上时，往往需要采用相位锁定的方式，这要求探测拍频的误差信号具有很高的信噪比，来满足预分频器件的输入要求。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种激光稳频的方法，其对拍频信号信噪比的要求大大降低，在频率相差很大的范围内都可以实现锁定，提高了系统的抗干扰能力。

本发明的技术方案是：这种激光稳频的方法，其包括以下步骤：

(1)将飞秒光梳和待稳频的外腔半导体激光器经拍频光路进行拍频，通过光电探测器探测得到拍频信号作为待测信号；

(2)将待测信号输入进入FFT激光频率锁定控制器；

(3)待测信号进行滤波；

(4)待测信号进行放大；

(5)待测信号，进入限幅电路，再进入模/数转换板卡，通过模/数转换卡，采集待测信号，将模拟信号转换成为数字信号；

(6)将数字信号输入到现场可编程门阵列FPGA中，在FPGA中，通过对输入的数字信号做快速傅里叶变换，在频率域内找到频率的最大值，与标准参考频率进行比较，得到误差信号，误差信号经由数字比例-积分控制方法处理后，获得数字频率激光调谐信号；