[发明专利]一种激光腔外功率稳定装置和锁定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光功率稳定技术，特别是一种基于声光调制器，并且与激光系统偏振变化无关的腔外功率稳定装置和锁定方法。

背景技术

激光技术在通信、医疗、工业制造和科研等众多领域具有广泛的应用。激光功率的稳定性是这些应用中的一个关键因素。通过负反馈系统调整激光器的谐振腔或直接调节驱动源可以实现光功率稳定。但是，这种方法在调节光功率的同时还会改变激光器的输出波长，因此对激光功率和频率稳定性都有较高要求的情况并不能满足要求。利用腔外功率稳定技术可以克服上述缺点。其原理是：利用分束器在光路中需要功率稳定的地方分出一小部分光，通过光电二极管转换为电信号后再跟标准电压进行比较得出误差信号，通过负反馈电路调制法拉第旋光器或电光调制器等执行器件来改变待稳光的偏振方向，再配合检偏器实现光功率的稳定。

传统方法中分束器的分光比受激光偏振性质影响，因此当光路中的激光偏振随环境温度等因素发生变化时，光功率的长期稳定性将大幅下降。此外，在光功率变化较大的场合，传统方法中的法拉第旋光器或电光调制器等执行器件通常需要很大的控制电流或电压，这不但增加了反馈控制电路设计的难度，而且较大的电路噪声将直接降低光功率的短期稳定性能。因此原有的方法无法实现激光功率大波动范围下的高精度稳定控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决外腔式光功率稳定系统的长期稳定性受激光偏振变化影响的问题，并提高系统在光功率大波动范围时的短期稳定性，提供一种与激光偏振变化无关的基于声光调制器的激光腔外功率稳定技术，用来取代传统的激光腔外功率稳定技术。

本发明的具体技术方案如下：

本发明是一种激光腔外功率稳定装置，包括激光系统、声光调制器、二分之一波片、偏振分束器、非偏正分束器、光电二极管、光功率稳定控制电路和声光调制器驱动，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、光功率稳定控制电路和声光调制器驱动之间通过同轴电缆连接。

本发明所述装置使用了声光调制器以及偏振纯化的光路；激光系统是待功率稳定的激光系统，声光调制器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；二分之一波片将从声光调制器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；偏振分束器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；非偏振分束器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；光电二极管探测经非偏振分束器反射的激光，将光强信号转化为电信号；光功率稳定控制电路将光电二极管采集到的电信号进行放大，再跟一个标准电压源通过差分比较电路比较后，用PID控制电路处理成负反馈信号后，与直流调压电路设置的偏置值通过加法电路叠加后，输出到声光调制器驱动的调幅端；所述的声光调制器驱动用射频信号驱动声光调制器，它的调幅端接受光功率稳定控制电路产生的电压信号来控制射频信号的幅度。

本发明所述的声光调制器输出‘0’级和‘1’级激光的功率比与声光调制器驱动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。

本发明所述的二分之一波片将从声光调制器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，随着激光系统中的激光偏振方向发生漂移，从偏振分束器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。

本发明所述的非偏振分束器对水平和竖直方向偏振光的反射率是有微小差距的，在非偏振分束器跟声光调制器之间插入二分之一波片和偏振分束器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。

本发明所述的光功率稳定控制电路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，它将光电二极管采集到的电信号通过微弱信号放大电路放大，与标准电压源通过差分比较电路差分后，再通过 PID控制电路进行负反馈处理得到误差信号，与直流调压电路设置的偏置值通过加法电路相加后输出到声光调制器驱动的调幅端形成光功率稳定的反馈控制信号。