[发明专利]一种激光腔外功率稳定装置和锁定方法

权利要求书

1.一种激光腔外功率稳定装置，包括激光系统（1）、声光调制器（2）、二分之一波片（3）、偏振分束器（4）、非偏正分束器（5）、光电二极管（6）、光功率稳定控制电路（7）和声光调制器驱动（8），其特征是：通过激光光路连接，构成激光腔外功率稳定装置的整体，其中，光电二极管（6）、光功率稳定控制电路（7）和声光调制器驱动（8）之间通过同轴电缆连接。

2.根据权利要求1所述的激光腔外功率稳定装置，其特征是：所述装置使用了声光调制器（2）以及偏振纯化的光路；所述的激光系统（1）是待功率稳定的激光系统；所述的声光调制器（2）对输入的激光进行调制，分成方向不同的‘0’级和‘1’级输出激光，同时它还能控制‘0’级和‘1’级光的功率比；所述的二分之一波片（3）将从声光调制器（2）出射光的线偏振方向旋转为水平，尽量多地通过偏振分束器（4）；所述的偏振分束器（4）按照偏振方向让激光透射或者反射，起到纯化后面光路偏振方向的作用；所述的非偏振分束器（5）将激光按分光比透射或者反射，反射光作为光功率稳定的监视信号，透射光作为功率稳定后的输出；所述的光电二极管（6）探测经非偏振分束器（5）反射的激光，将光强信号转化为电信号；所述的光功率稳定控制电路（7）将光电二极管（6）采集到的电信号进行放大，再跟一个标准电压源（10）通过差分比较电路（11）比较后，用PID控制电路（12）处理成负反馈信号后，与直流调压电路（13）设置的偏置值通过加法电路（14）叠加后，输出到声光调制器驱动（8）的调幅端；所述的声光调制器驱动（8）用射频信号驱动声光调制器（2），它的调幅端接受光功率稳定控制电路（7）产生的电压信号来控制射频信号的幅度。

3.根据权利要求2所述的激光腔外功率稳定装置，其特征是：所述的声光调制器（2）输出‘0’级和‘1’级激光的功率比与声光调制器驱动（8）输入的射频信号幅度成线性关系，‘0’级激光的频率和输出方向都不变，‘1’级激光的频率增加一个声子频率，输出方向偏转且偏转角的正切为声子频率与激光频率之比。

4.根据权利要求2所述的激光腔外功率稳定装置，其特征是：所述的二分之一波片（3）将从声光调制器（2）出射光的线偏振旋转到水平方向，理论上能全部透射通过后面的偏振分束器（4），随着激光系统（1）中的激光偏振方向发生漂移，从偏振分束器（4）透射的光强将发生微小变化，但是透射光的线偏振方向保持水平，起到了偏振纯化的作用。

5.根据权利要求2所述的激光腔外功率稳定装置，其特征是：所述的非偏振分束器（5）对水平和竖直方向偏振光的反射率是有微小差距的，在非偏振分束器（5）跟声光调制器（2）之间插入二分之一波片（3）和偏振分束器（4）组成的偏振纯化光路，将最大限度地消除光功率稳定后的长期漂移。

6.根据权利要求2所述的激光腔外功率稳定装置，其特征是：所述的光功率稳定控制电路（7）是一个低压信号处理电路，作为一个整体设计成印刷电路板并制作成独立的电路装置，它将光电二极管（6）采集到的电信号通过微弱信号放大电路（9）放大，与标准电压源（10）通过差分比较电路（11）差分后，再通过 PID控制电路（12）进行负反馈处理得到误差信号，与直流调压电路（13）设置的偏置值通过加法电路（14）相加后输出到声光调制器驱动（8）的调幅端形成光功率稳定的反馈控制信号。

7.根据权利要求2所述的激光腔外功率稳定装置的激光功率稳定锁定方法，其特征是：激光系统（1）出射的激光经过声光调制器（2）后分成方向不同的‘0’级和‘1’级输出，根据光功率的波动范围设置声光调制器驱动（8）的输出功率，使得‘1’级光的强度略大于光功率的波动幅度，将其作为稳定‘0’级光功率的“缓冲池” 并用黑屏遮挡， 出射的‘0’级光经过二分之一波片（3）旋转线偏振方向后通过偏振分束器（4），透射的水平偏振光被非偏振分束器（5）反射一小部分输入光电二极管（6）探测作为光功率稳定的监视信号，大部分光出射并作为输出光，光功率稳定控制电路（7）将光电二极管（6）采集到的电信号通过微弱信号放大器（9）进行放大，再跟一个标准电压源（10）通过差分比较电路（11）差分后，用PID控制电路（12）处理成误差信号，最后还要叠加上由直流调压电路（13）设置的‘1’级光初始功率的直流偏置值，输出到声光调制器驱动（8）的调幅端形成负反馈环路，最后，从非偏振分束器（5）透射输出的激光功率将被环路锁定，锁定点的功率大小由直流调压电路（13）设置。

8.权利要求7所述的激光腔外功率稳定装置的激光功率稳定锁定方法，其特征是：利用较高衍射效率的声光调制器（2）增加光功率稳定的动态范围；利用声光调制器驱动（8）调幅端的低直流控制电压降低电路噪声，实现较高的光功率短期稳定度。