[发明专利]利用谐振腔腔膜锁定的法拉第激光器及其制备方法

说明书

本发明公布了一种利用谐振腔腔膜锁定的法拉第激光器及其制备方法，通过对激光器出射功率进行探测，判断得到谐振腔腔模与增益谱线中心的对应关系；采用调制解调技术，将腔模与增益谱线中心锁定，从而达到激光频率与原子谱线的精准对应，进一步提高法拉第激光器的功率及频率稳定性；包括：激光二级管、准直透镜、第一格兰泰勒棱镜、原子气室、第二格兰泰勒棱镜、压电陶瓷、腔镜、分光棱镜、光电探测器、信号发生器、混频器、伺服反馈电路；第二格兰泰勒棱镜与第一格兰泰勒棱镜完全正交；反射光束用于谐振腔腔膜锁定；得到谐振腔腔膜锁定的法拉第激光器。

技术领域

本发明属于激光稳频技术领域，涉及一种利用谐振腔腔膜锁定的技术，尤其涉及一种利用谐振腔腔膜锁定的法拉第激光器及其制备方法，该方法通过扫描出法拉第激光器的腔膜信号并通过调制解调的方法得到误差信号并结合反馈环路锁定的方法实现一种功率频率稳定的法拉第激光器。

背景技术

自从1956年发现FADOF(法拉第反常色散原子滤光器,Faraday AnomalousDispersion Optical Filter)以来，它就被用作激光稳频。搭建半导体激光器有常见几种选频件，例如光栅，珐珀腔，干涉滤光片。然而，使用这些选频元件的半导体激光器存在对激光管的电流和温度敏感的缺点，从而导致激光器的频率容易漂移。而使用FADOF搭建的半导体激光器可以克服激光器频率易漂移的缺陷，但也存在新的问题，由于法拉第激光器的腔膜抖动所造成的功率抖动比使用其他选频元件的激光器都大，造成法拉第激光器的功率稳定性较差，会对使用法拉第激光器的系统引入噪声，限制了法拉第激光器的应用范围。

发明内容

为了克服法拉第激光器的腔膜抖动所造成的功率噪声抖动，本发明提出一种利用谐振腔腔膜锁定的法拉第激光器及其制备方法，能够提高法拉第激光器的功率稳定性和频率稳定性，以提升应用法拉第激光器系统的整体稳定度。

本发明提出的利用谐振腔腔膜锁定的法拉第激光器包括：激光二级管、准直透镜、第一格兰泰勒棱镜、第一永磁铁、原子气室、第二永磁铁、第二格兰泰勒棱镜、压电陶瓷、腔镜、分光棱镜、光电探测器、信号发生器、混频器、伺服反馈电路。第二格兰泰勒棱镜与第一格兰泰勒棱镜完全正交；

由激光二极管发出激光，首先激光管发出的激光由准直透镜将发散的激光准直，再依次经过第一格兰泰勒棱镜、第一永磁铁、原子气室、第二永磁铁、第二格兰泰勒棱镜、压电陶瓷、腔镜。此时只有对应原子跃迁谱线的激光才会发生法拉第效应从而通过第二格兰泰勒棱镜，随后激光通过压电陶瓷，最终打到腔镜上。之后通过腔镜的激光被分光棱镜分为两束，其中透射光束为应用光束，用于后续应用；反射光束则用于谐振腔腔膜锁定，以上是法拉第激光的设计方法，即得到法拉第激光器。谐振腔腔膜锁定是本发明的核心，包括：首先由信号发生器产生调制信号输给压电陶瓷或直接输给激光二级管，此时得到的法拉第激光器发出的激光带有调制信息，同时信号发生器产生解调信号输入混频器；光电探测器探测到带有调制信息的激光，此时光电探测器所检测到信号的谱线是向上的突峰，其中最高点是透过光功率最大的点。随后把光电探测器探测到的信号输给混频器。混频器的输入两端分别是信号发生器产生解调信号和光电探测器探测到的信号，由此混频器输出端输出误差信号。最后把误差信号经过伺服反馈电路反馈给压电陶瓷，从而得到谐振腔腔膜锁定的法拉第激光器。

具体实施时，第一永磁铁器和第二永磁铁采用电磁铁线圈为原子气室提供磁场。激光二极管可采用各种波段的激光二极管。原子气室中充入的原子为对应激光二极管波段的原子，以发生法拉第效应。信号发生器、混频器和伺服反馈电路是分立电路或集成化电路。

本发明还提供一种谐振腔腔膜锁定的法拉第激光器的制备方法，通过对激光器出射功率进行探测，判断得到谐振腔腔模与增益谱线中心的对应关系；采用调制解调技术，将腔模与增益谱线中心锁定，从而达到激光频率与原子谱线的精准对应，进一步提高法拉第激光器的功率及频率稳定性。具体包括以下步骤。