[发明专利]一种用于SERF磁力仪的激光精准稳频系统及方法

说明书

一种用于SERF磁力仪的激光精准稳频系统及方法，系统组成包括DDS信号发生模块、锁相放大器模块、稳频模块、D/A转换模块、激光器、A/D转换模块，使用三角波对激光器进行扫频后，对找到的两个零点对应的电压进行求平均值，消除了相敏检波零点真正对应的电压值和找到的电压值之间的误差，同时克服了模拟电路激光稳频和数字电路激光稳频相敏检波零点真正对应的电压值和找到的电压值之间存在误差的缺点，激光稳定度高，可实现产品小型化。

技术领域

本发明涉及一种用于SERF磁力仪的激光精准稳频系统及方法，属于激光稳频技术领域。

背景技术

激光目前被广泛应用于工业、农业、通信、医疗、军事等领域。而在一些特殊领域中，对激光的性能有很高的要求，如冷原子领域、原子仪表领域等。例如原子磁力仪，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，因此需要对激光进行稳频处理。

激光稳频技术有多种，其中饱和吸收峰稳频技术实用化需要解决的问题是，相敏检波后零点寻找的不准确。受限于模拟电路和数字电路饱和吸收峰稳频技术的原理，识别出相敏检波的零点的电流值会和实际给激光器的的电流值有偏差，这样就会导致零点找不准的问题。因此，在激光稳频实用化工程中，相敏检波零点寻找的问题亟需解决。除此之外，模拟电路稳频技术还有体积大的缺点，不易于技术的发展。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统激光稳频技术相敏检波零点寻找不准确的问题，提出了一种用于SERF磁力仪的激光精准稳频系统及方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种用于SERF磁力仪的激光精准稳频系统，包括DDS信号发生模块、锁相放大器模块、稳频模块、D/A转换模块、激光器、A/D转换模块，所述DDS信号发生模块生成正弦调制信号，经由D/A转换模块输出至激光器，激光器经由A/D转换模块输出对应频率激光至锁相放大器，锁相放大器进行相敏检波后输出相敏检波信号至稳频模块生成三角波信号，与DDS信号发生模块持续生成的正弦调制信号共同经由D/A转换模块输出至激光器，激光器经由A/D转换模块输出对应频率激光至锁相放大器，所述锁相放大器根据第二次接收的对应频率激光生成的相敏检波信号，获取第一过零点电压值、第二过零点电压值，计算真实零点电压值。

根据锁相放大器获取的第一过零点电压值、第二过零点电压值，以平均值作为真实零点电压值。

根据所得真实零点电压值，以该点作为激光稳频参考点，对锁相放大器输出的相敏检波信号进行PID控制以实现激光稳频。

还包括原子气室、光电探测器，所述原子气室与光电探测器共同将激光器输出的激光转换为电信号。

一种用于SERF磁力仪的激光精准稳频方法，步骤如下：

(1)利用DDS信号发生模块生成正弦调制信号及稳频模块生产的三角波信号经由D/A转换模块输出至激光器；

(2)锁相放大器模块接收到通过A/D转换模块的正弦调制信号及前半段三角波信号进行处理，得到相敏检波信号，通过稳频模块处理相敏检波信号获取第一个过零点电压值；

(3)锁相放大器模块接收到通过A/D转换模块的后半段三角波信号进行处理得到相敏检波信号，通过稳频模块处理相敏检波信获取第二个过零点电压值；

(4)于稳频模块内计算步骤(2)、步骤(3)所得过零点电压值的平均值；

(5)以步骤(4)所得电压值作为真实零点电压值，以对应零点作为基准点对锁相放大器进行PID控制，输出激光控制信号；