[发明专利]基于压电效应和声光移频的横向塞曼激光锁频方法和装置

摘要

基于压电效应和声光移频的横向塞曼激光锁频方法和装置属于激光应用技术领域，本发明采用声光移频技术将多台基于腔长压电调节的横向塞曼激光器的输出激光频率锁定于同一台参考横向塞曼稳频激光器的输出激光频率上，从而使所有激光器输出激光具有统一的频率值，目的是解决传统稳频激光器相互之间的频率一致性较低的不足，为超精密激光干涉测量提供一种新型的激光光源。

主权项

一种基于压电效应和声光移频的横向塞曼激光锁频方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)开启参考横向塞曼稳频激光器的电源，经过预热和稳频过程后，激光器输出正交偏振的两个激光分量，利用偏振分光镜分离出其中一个激光分量作为参考横向塞曼稳频激光器的输出光，其光波频率记为νr，此输出光由光纤分束器分离成n≥1路，记为光束Xi,i＝1,2,…,n，分别作为横向塞曼激光器Li,i＝1,2,…,n频率锁定的参考光束；(2)开启横向塞曼激光器Li,i＝1,2,…,n的电源，稳频控制模块根据稳频控制算法输出一预设电压值，该电压施加在激光器内部激光管副输出端的环形压电陶瓷上，使环形压电陶瓷的长度在激光管轴向上发生微小变化，以调整安装在环形压电陶瓷上的腔镜在激光管轴向的位置，进而调整激光管的腔长，使激光管工作于单纵模光输出状态，该单纵模光在横向磁场作用下分裂为正交偏振的两个激光分量，并从激光管的主输出端和副输出端输出；(3)利用渥拉斯顿棱镜将其内部激光管副输出端的正交偏振的两个激光分量分离，其光功率Pi1,i＝1,2,…,n和Pi2,i＝1,2,…,n由二象限光电探测器测量得出，稳频控制模块计算出两个激光分量的功率之差ΔPi＝Pi1–Pi2,i＝1,2,…,n，并根据ΔPi,i＝1,2,…,n的正负和大小调整施加在环形压电陶瓷上的电压值大小，使ΔPi＝0,i＝1,2,…,n，进而使激光的频率趋于稳定数值；(4)利用偏振分光镜分离出激光管主输出端激光中的一个激光分量，记为光束Ti,i＝1,2,…,n，所述光束Ti,i＝1,2,…,n频率记为νi,i＝1,2,…,n，光束Ti,i＝1,2,…,n分别进入工作频率为fi,i＝1,2,…,n的声光移频器Si,i＝1,2,…,n进行移频，声光移频器Si,i＝1,2,…,n对应的输出激光的频率记为νi+fi,i＝1,2,…,n，所述声光移频器Si,i＝1,2,…,n输出激光再由分光镜分为强度比为9:1的两部分光，其中强度相对较大的部分光记为输出光束Zi,i＝1,2,…,n，作为横向塞曼激光器Li,i＝1,2,…,n的输出激光，强度相对较小的部分光记为光束Yi,i＝1,2,…,n；(5)将光束Xi,i＝1,2,…,n分别与光束Yi,i＝1,2,…,n进行光学混频形成光学拍频信号，利用光电探测器将光学拍频信号转换为电信号，其频率值Δνi＝νi+fi–νr,i＝1,2,…,n由频率测量模块测得，频率调整模块根据测量得到的光学拍频信号的频率值Δνi,i＝1,2,…,n，计算得出光束Xi,i＝1,2,…,n和Yi,i＝1,2,…,n的频率差值νr–νi＝fi–Δνi,i＝1,2,…,n，并将声光移频器Si,i＝1,2,…,n的工作频率fi,i＝1,2,…,n调整为νr–νi,i＝1,2,…,n，从而使横向塞曼激光器Li,i＝1,2,…,n输出光束Zi,i＝1,2,…,n的频率等于参考光束Xi,i＝1,2,…,n的频率，即νi+fi＝νr,i＝1,2,…,n；(6)循环重复步骤(4)到(5)，通过调整声光移频器Si,i＝1,2,…,n的工作频率fi,i＝1,2,…,n，使横向塞曼激光器Li,i＝1,2,…,n的输出光束Zi,i＝1,2,…,n的频率始终锁定于同一频率值νr。