[发明专利]基于腔长热调节的双纵模激光器预热方法

说明书

技术领域

本发明属于激光应用技术领域，特别是一种基于腔长热调节的双纵模激光器预热方法。

背景技术

激光具有极好的相干性和亮度，自从其被发现后，便很快地用作精密计量的光源，特别是用于干涉测量中。但是，自由运转的激光器，由于温度、振动、气流噪声的扰动，激光波长是不稳定的，不能直接作为波长的标准使用，要作为长度标准，就要求激光波长及激光频率具有相对的稳定性。因此，各种激光稳频技术应运而生。

在激光的稳频技术中，激光器预热控制算法对于激光器频率的相对准确度，起到了关键的作用。哈尔滨工业大学于近几年提出了基于PFC算法的纵向塞曼热稳频系统预热控制方法、一种基于温度轨迹控制的塞曼稳频激光器预热方法。以上这两种方法能够缩短预热时间，减小环境温度对预热效果的影响，但依然摆脱不了较大环境温度差异对激光器稳频效果的影响，其稳频控制点会随着环境温度的变化而改变，使得激光器的频率稳定性始终受到环境温度的限制。

综上所述，由于热稳频激光器通常所使用的预热控制算法存在缺陷，使得其稳频控制点会随着环境温度的变化而改变，激光频率相对准确度难以改善，无法满足航空航天装备、微电子制造等特殊场合对频率准确度的进一步要求；

发明内容

针对上述现有热稳频激光器预热控制算法的不足，本发明提出了一种基于腔长热调节的双纵模激光器预热方法，使双纵模激光器的稳频控制点不随环境温度的变化而改变，达到提高激光频率相对准确度，扩展双纵模激光器应用范围的目的。

本发明的技术解决方案是：

一种基于腔长热调节的双纵模激光器预热方法，该方法步骤如下：

(1)开启双纵模激光器，不加任何控制信号，让其自然预热至热平衡状态，在此期间记录激光管的温度和两纵模光的光功率P1、P2；

(2)绘制两纵模光的光功率之差随温度变化的曲线，通过该曲线计算出该激光管平均每换一个模所升高的温度Tδ；

(3)设定激光器的稳频控制点温度Tset，Tset要求高于激光管自然预热时所达到的热平衡温度；

(4)开启双纵模激光器，测量激光管初始温度T0，求得温度差ΔT＝Tset-T0，进而求得激光器从初始状态到稳频控制点时换模的数量N＝ΔT/Tδ；

(5)激光器进入预热阶段，测量激光器输出两纵模光的光功率P1和P2，并求出两光功率之差ΔP，根据ΔP的变化记录激光器的换模数量M，当M＝N时，激光器完成预热阶段并进入稳频控制阶段。

本发明具有以下特点及良好效果：

本发明的有益效果是，使应用此预热控制算法的双纵模激光器摆脱了普通预热算法对环境温度的依赖性，提高激光频率相对准确度，环境适应能力更好，可直接应用于工业现场测量。

附图说明

附图为基于腔长热调节的双纵模激光器预热方法原理示意图。

图中，1初始环境温度，2稳频控制点温度，3激光器预热温度差，4换模温度，5预定换模数量，6纵模功率P₁，7纵模功率P₂，8实际换模数量，9两纵模功率差，10稳频控制点，11稳频控制算法

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

一种基于腔长热调节的双纵模激光器预热方法，该方法步骤如下：

(1)开启双纵模激光器，不加任何控制信号，让其自然预热至热平衡状态，在此期间记录激光管的温度和两纵模光的光功率P1、P2；

(2)绘制两纵模光的光功率之差随温度变化的曲线，通过该曲线计算出该激光管平均每换一个模所升高的温度Tδ；

(3)设定激光器的稳频控制点温度Tset，Tset要求高于激光管自然预热时所达到的热平衡温度；

(4)开启双纵模激光器，测量激光管初始温度T0，求得温度差ΔT＝Tset-T0，进而求得激光器从初始状态到稳频控制点时换模的数量N＝ΔT/Tδ；

(5)激光器进入预热阶段，测量激光器输出两纵模光的光功率P1和P2，并求出两光功率之差ΔP，根据ΔP的变化记录激光器的换模数量M，当M＝N时，激光器完成预热阶段并进入稳频控制阶段。