[发明专利]基于碘稳频参考光的双纵模激光器热稳频方法和装置

摘要

基于碘稳频参考光的双纵模激光器热稳频方法和装置属于激光应用技术领域，本发明以相对频率准确度达10^-11的碘稳频激光中心频率作为基准频率，并通过腔长热调节使多台双纵模激光器输出激光的频率与该基准频率保持为一固定差值，可将双纵模激光器的相对频率准确度从10^-7～10^-8提高到10^-9，多台双纵模激光器的频率一致性从10^-7提高到10^-9，解决了普通双纵模稳频激光器相对频率准确度难以突破10^-8、多台稳频双纵模激光器频率一致性差的问题。

主权项

1、一种基于碘稳频参考光的双纵模激光器热稳频方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)开启碘稳频激光器电源，经过预热和稳频过程后，碘稳频激光器工作频率锁定在127I2分子位于633nm波段的超精细吸收谱线上，其输出激光为调频线偏振光，光波中心频率记为vro，瞬时频率记为vr，调制周期记为Tm，此线偏振光由分光器件分离成n路，记为光束X1，X2，...，Xn，其中心频率vro作为双纵模激光器偏频锁定的频率基准；(2)开启双纵模激光器L1，L2，...，Ln电源，所有双纵模激光器同时进入预热过程，缠绕在各激光器内部激光管上的电热器件对激光管进行加热，使激光管的温度趋于预先设定的温度值并达到热平衡状态，此时各激光管输出激光均包括偏振方向相互正交的两个纵模光，利用偏振分光器件分离出其中一个纵模光作为双纵模激光器L1，L2，...，Ln的输出光，记为光束Y1，Y2，...，Yn，相应的光波频率记为v1，v2，...，vn；(3)双纵模激光器L1，L2，...，Ln在其预热过程结束后进入锁频控制过程，将光束X1，X2，...，Xn分别与光束Y1，Y2，...，Yn进行光学混频并形成n路拍频光信号，利用高频光电探测器将n路拍频光信号转换为n路电信号，其中第i路电信号的频率为|vi-vr|(i＝1，2，...，n)；(4)n路电信号经信号调理后，其频率值由频率测量模块测量，取采样时间τ≥200Tm，则测量得到时间τ内电信号频率的平均值，即光束X1，X2，...，Xn中心频率vro与光束Y1，Y2，...，Yn的光波频率差值，记为Δv1，Δv2，...，Δvn，其中Δvi＝|vi-vro|(i＝1，2，...，n)；(5)将测量得到的光波频率差值Δv1，Δv2，...，Δvn作为锁频闭环控制的反馈信号，与预先设定的偏频参考值Δvset求差，并根据锁频控制算法，调整缠绕在激光管上电热器件的电流值，改变激光管的温度和谐振腔长，进而调整双纵模激光器L1，L2，...，Ln输出激光的频率，使Δv1，Δv2，...，Δvn趋于Δvset；(6)当Δv1＝Δv2＝...＝Δvn＝Δvset时，双纵模激光器L1，L2，...，Ln锁频控制过程完成，此时所有双纵模激光器输出激光的频率锁定在同一频率值上，即v1＝v2＝...＝vn＝vro+Δvset(或v1＝v2＝...＝vn＝vro-Δvset)；(7)将预设的偏频参考值调整为Δv′set，重复步骤(4)、(5)和(6)，双纵模激光器L1，L2，...，Ln输出激光的频率锁定在重新设置的频率值vro+Δv′set(或vro-Δv′set)上，频率vro+Δv′set(或vro-Δv′set)与频率vro+Δvset(或vro-Δset)在激光增益曲线上对应的增益数值不相同，从而双纵模激光器L1，L2，...，Ln输出激光的功率值也得到调整。