[发明专利]基于热电致冷器的双纵模激光器复合稳频方法与装置

摘要

基于热电致冷器的双纵模激光器复合稳频方法与装置属于激光应用技术领域；本发明提出了一种基于热电致冷的双纵模激光器复合稳频方法，其激光器有稳频模式和锁频模式两种工作模式并以热电致冷器作为温度控制的执行器；当处于稳频模式时，控制系统以激光器的两个纵模光的功率差作为反馈信号，当处于锁频模式时，控制系统以激光器输出光束与外部高稳定度参考光束的频差作为反馈信号，然后根据控制算法来实现激光器的稳频；将双纵模激光器的相对频率稳定度从10^-7～10^-8提高到10^-9，增强了环境适应能力，大大扩展了激光器的应用范围。

主权项

1、一种基于热电致冷器的双纵模激光器复合稳频方法，其特征是该方法有功率平衡型稳频模式和偏频锁定型稳频模式两种工作模式，该方法的实现包括以下步骤：(1)测量双纵模激光器所处的环境温度T0，根据环境温度T0与热平衡温度Tset关系曲线确定双纵模激光器的热平衡温度Tset；(2)开启双纵模激光器电源，双纵模激光器进入预热过程，并实时测量双纵模激光器的当前温度Treal，对热电致冷器加反向电流I并根据当前温度Treal和热平衡温度Tset之差不断调整反向电流I值大小，加热双纵模激光器，使其温度趋近热平衡温度Tset，达到热平衡状态；此时双纵模激光器输出激光包括偏振方向相互正交的两个纵模光，两纵模光的频率分别为v1和v2；(3)双纵模激光器在其预热过程结束后进入稳频控制过程，同时选择工作模式，若双纵模激光器的两纵模光都被光电探测器接收，则双纵模激光器选择功率平衡型稳频模式，若双纵模激光器的某一纵模光被高速光电探测器接收，则双纵模激光器选择偏频锁定型稳频模式；(4)当双纵模激光器处于功率平衡型稳频模式时，双纵模激光器输出光经偏振分光镜后皆被光电探测器接收，测得双纵模激光器偏振方向相互垂直的两个纵模光的光功率P1和P2，并求出两功率之差ΔP，根据两功率之差ΔP的正、负对热电致冷器施加正、反向电流，控制其对双纵模激光器制冷、加热，改变双纵模激光器的温度、谐振腔长度和激光纵模频率，使得两纵模激光频率关于增益曲线中心频率对称，光功率差ΔP趋近于零；(5)光功率差ΔP＝0时，则热电致冷器电流恒定，两纵模光频率稳定的对称分布于增益曲线中心频率两侧，两纵模光频率都得到稳定；(6)当双纵模激光器处于偏频锁定型稳频模式时，利用偏振分光器件分离出双纵模激光器输出光中某一个纵模光，其频率记为v1；将该纵模光与外部高稳定度参考光束进行混频并形成拍频光信号，利用高频光电探测器将拍频光信号转换为电信号；该电信号经信号调理后，其频率值由频率测量模块测量，得到双纵模激光器输出光束的光波频率与外部参考光束的频率差值，记为□v，其中Δv＝|v1-vr|，vr为外部参考光束频率；(7)将测量得到的光频率差值□v与预先设定的偏频参考值Δvset求差，并根据锁频控制算法，对热电致冷器施加正向或反向电流，控制其对双纵模激光器制冷、加热，改变双纵模激光器的温度、谐振腔长度和激光纵模频率，进而调整双纵模激光器输出激光的频率，使Δv趋于Δvset；(8)光频率差Δv＝Δvset时，则热电致冷器电流恒定，双纵模激光器输出光的频率得到了稳定。