[发明专利]基于碘稳频参考的双纵模热电致冷偏频锁定方法与装置

摘要

基于碘稳频参考的双纵模热电致冷偏频锁定方法与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，对多台双纵模激光器输出激光的频率进行锁频，使多台激光器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，且同时采用热电致冷器对称热结构进行预热和稳频的腔长调节，消除了激光管受热不均匀导致的激光管径向畸变对输出频率稳定性的影响，增强了环境适应能力，缩短了预热时间，提高了激光管的寿命。

主权项

1、一种基于碘稳频参考的双纵模热电致冷偏频锁定方法，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，测量当前环境温度Te，并根据当前环境温度确定，预热目标温度值Tset，且Te＜Tset，由热电致冷器对双纵模激光器L1，L2，...，Ln的激光管进行预热，并根据当前温度Treal和预热目标温度Tset之差不断调整热电致冷器反向电流值大小，使激光管的温度逐渐趋于预先设定的温度值Tset，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)双纵模稳频激光器L1，L2，...，Ln在各自光波频率差值Δv1，Δv2，...，Δvn值变化的同一单调区间实现激光频率的锁定，且所有激光器预先设定的偏频参考值Δvset相同，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，根据光波频率差值Δv1，Δv2，...，Δvn与偏频参考值Δvset求差所得差值的正、负和大小调整热电致冷器施加电流的正、反向和大小，从而控制其对激光管致冷和加热，进而改变激光管的温度、谐振腔长度和激光纵模频率，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-Δvset)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。