[发明专利]一种激光器长期频率稳定性的测量装置和测量方法

摘要

本发明公开了一种激光器长期频率稳定性的测量装置，包括：外腔半导体激光器系统、原子蒸汽池、光电探测器、数据采集卡、电压放大器和LabVIEW程序处理系统；外腔半导体激光器系统输出的激光两次经过原子蒸汽池，原子蒸汽池输出端连接光电探测器的采样端，光电探测器和数据采集卡建立连接，数据采集卡通过其设有的PCI端口与LabVIEW程序处理系统连接。本发明还公开了一种激光器长期频率稳定性的测量方法。本发明把待测激光器的频率锁定在原子分子的超精细跃迁谱线上，不需要待测激光器与标准频率源激光器或另一台同类型激光器的拍频信号，就可以获得激光器的长期频率稳定性。

主权项

1.一种激光器长期频率稳定性的测量装置，其特征在于，包括：外腔半导体激光器系统(1)、原子蒸汽池(2)、光电探测器(3)、数据采集卡(4)、电压放大器(5)和LabVIEW程序处理系统(6)；外腔半导体激光器系统(1)输出的激光两次经过原子蒸汽池(2)，原子蒸汽池(2)输出端连接光电探测器(3)的采样端，光电探测器(3)和数据采集卡(4)建立连接，数据采集卡(4)通过其设有的PCI端口与LabVIEW程序处理系统(6)连接，数据采集卡(4)的输出端分别与电压放大器(5)和外腔半导体激光器系统的调制端连接，电压放大器(5)控制外腔半导体激光器系统，LabVIEW程序处理系统(6)产生的正弦波信号通过数据采集卡(4)输入到外腔半导体激光器系统的调制端，实现对激光频率的正弦调制，LabVIEW程序处理系统(6)产生的三角波信号通过数据采集卡(4)输入到电压放大器(5)，实现激光频率的连续扫描，数据采集卡(4)采集光电探测器(3)采集到的原子的饱和吸收信号，LabVIEW程序处理系统(6)获取到原子的饱和吸收信号，将计算得到的反馈信号通过数据采集卡(4)输入到电压放大器(5)，电压放大器(5)控制外腔半导体激光器系统实现激光频率的锁定；基于该装置实现激光器长期频率稳定性测量方法为：关闭LabVIEW程序处理系统中的比例运算器和积分运算器，打开三角波仿真信号处理器，在外腔半导体激光器系统上施加三角波扫描电压，经扫描后的激光束经过原子蒸汽池后输入到光电探测器；数据采集卡采集光电探测器的原子饱和吸收信号，所述的饱和吸收信号传输至LabVIEW程序处理系统中DAQ输入装置，调节LabVIEW程序处理系统中误差信号的补偿信号处理器大小，消除多普勒背景，减小LabVIEW程序处理系统中三角波仿真信号处理器的扫描幅度同时调节直流偏置；使三角波仿真信号处理器的扫描幅度为零，保留直流偏置，数据采集卡将反馈电压信号传输至电压放大器，使得外腔半导体激光器系统的频率被锁定,所述LabVIEW程序处理系统(6)包括DAQ输入装置(61)、三角波仿真信号处理器(63)、正弦波仿真信号处理器(62)、移相器(64)、第一乘法器(65)、第二乘法器(611)、低通滤波器(66)、补偿信号处理器(67)、比例积分控制器、第一加法器(610)、第二加法器(612)、DAQ输出装置(613)；比例积分控制器包括并联设置的比例运算器(68)和积分运算器(69)，正弦波仿真信号处理器(62)输出与移相器(64)的输入连接，移相器(64)和DAQ输入装置(65)输出分别与第一乘法器(65)的输入连接，第一乘法器(65)输出与低通滤波器(66)输入连接，低通滤波器(66)输出和补偿信号处理器(67)相加后分别与比例运算器(68)和积分运算器(69)的输入连接，比例运算器(68)和积分运算器(69)的输出分别与第一加法器(610)的输入连接，第一加法器(610)的输出与第二乘法器(611)的输入连接，第二乘法器(611)与三角波仿真信号处理器(63)的输出分别与第二加法器(612)的输入连接，第二加法器(612)和正弦波仿真信号处理器(62)的输出捆绑后与DAQ输出装置(613)的输入连接，所述误差信号获得的原理为：将G(ω')与LabVIEW程序处理系统(6)的正弦波仿真信号处理器(62)产生的一正弦波仿真信号混频可以得到：G(ω′)为饱和吸收峰光谱线型函数；ω′为调制后激光瞬时角频率；ωn为饱和吸收峰信号里包含的交流信号的频率；Sin(ωnt)为饱和吸收峰信号里包含的交流信号；k为调制度；G(ω0)为饱和吸收峰光谱线型函数；G(ω)为频率为w的光谱线型函数。