[发明专利]双腔双频固体激光器Pound-Drever-Hall稳频系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种双腔双频固体激光器Pound-Drever-Hall稳频系统。

背景技术

激光主动稳频技术主要分为两种：其一是以原子或分子的跃迁谱线中心频率作为参考标准，常用的方法有兰姆凹陷稳频、原子光谱Zeeman效应稳频、原子或分子饱和吸收稳频；其二是以谐振腔共振频率作为参考标准，常用的方法有相位偏频锁定技术、导数谱稳频技术和边频锁定稳频技术。

兰姆凹陷稳频法的稳频装置比较简单，但其增益曲线中心频率容易受放电条件的影响，而且该中心频率作为参考频率有一定的范围，不能稳定在一个频率点上，虽然频率稳定度可达10^-9～10^-10，但是频率复现性较差。原子光谱Zeeman效应吸收法的优势明显，输出功率和频率不需要低频调制，并且具有较强的抗干扰能力，可用于工业中的精密计量，但其体积大，价格高，适用激光系统种类较少，系统输出功率相对较低，稳定度一般在10^-10～10^-11。饱和吸收法的优点是频率稳定度和复现性高，这种方法频率稳定度不仅取决于吸收谱线的频率稳定性，也和谱线的宽度和信噪比有关，频率稳定度可以达到10^-12～10^-13。输出波长受制于吸收介质，谱线频率覆盖范围有限，系统输出功率低。偏频锁定技术最大的缺点就是频率的跳变无法抑止,当激光频率跳变量是自由光谱范围的整数倍时鉴频系统无法识别，导致失锁。其控制范围受限于F-P腔的参数，系统抗干扰能力差，频率稳定度在10^-8量级，且关于此种方法的相关研究才刚刚开始。而导数谱稳频法虽然控制范围比较宽，但是信号比较弱需通过放大电路来放大鉴频信号，但同时也会放大噪音，影响频率的稳定性。

Pound-Drever-Hall边频锁定稳频技术也叫相位调制光外差稳频技术，它是以光学谐振腔（F-P腔）的共振频率作为参考频率标准的一种主动稳频技术。该技术的关键是采用电光相位调制器对激光进行射频调制，利用F-P腔的共振特性和光外差光谱检测技术，得到激光频率与F-P腔共振频率的误差信号，通过伺服反馈系统控制激光器的腔长，进而将激光频率锁定在F-P腔的共振频率上。该系统抗干扰能力强，不易失锁，稳定度高（可达10^-12～10^-16），因此，采用Pound-Drever-Hall技术将激光频率锁定在光学谐振腔上具有其他技术无法相比的优势，可以得到具有极高频率稳定性和超窄线宽的激光谱线，Pound-Drever-Hall稳频技术逐渐成为主动稳频技术中的前沿技术。

几十年来，特别是近十年来，国内外研究人员在Pound-Drever-Hall稳频技术领域开展了卓有成效的研究工作，并取得了一系列重要研究成果。但是，Pound-Drever-Hall稳频技术的研究工作主要集中在单频激光器领域。另外，现有的Pound-Drever-Hall稳频系统都是采用模拟的电子器件来实现，在误差信号的解调和鉴频曲线产生的过程中需要用到模拟的混频器、滤波器和放大器等，会引入电子噪声和闪烁效应噪声。当误差信号解调为直流信号时，这些噪声都会对其产生影响并最终通过反馈系统影响激光输出频率稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种双腔双频固体激光器Pound-Drever-Hall稳频系统，该系统可以将双频激光器的两个工作频率稳定在同一个光学谐振腔上。

本发明是这样实现的，一种双腔双频固体激光器Pound-Drever-Hall稳频系统，包括双腔双频固体激光器、两套独立的外差干涉系统、两个频率调节器及一个光学谐振腔；所述F-P光学谐振腔作为稳频基准，两套独立的外差干涉系统进行探测获得两路误差信号，驱动两个频率调节器，将激光器的两个工作频率同时锁定到光学谐振腔两个谐振频率处。