[发明专利]激光频率绝对锁定装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光频率稳定的技术领域，尤其涉及基于无多普勒饱和荧光光谱的激光频率绝对锁定装置。

背景技术

随着激光技术及其应用技术的进步，对激光频率的线宽及其稳定性要求越来越高。在大气探测激光雷达领域，对于精度要求不高的探测需求，对激光线宽的要求较低，市售激光器标准型产品(线宽一般在30GHz左右)可满足需要。而对于精度要求较高的探测需求，线宽需达到百兆赫兹要求，为此，引入种子注入技术，向激光器谐振腔注入线宽较窄的标准种子光，可压缩激光器的输出线宽。然而，种子注入方法只能在一定程度上压缩激光输出线宽，无法满足频率的长期稳定要求。由此推动了了激光频率稳定技术的发展，相继出现了利用参考腔的侧边缘锁定技术和Pound-Drever-Hall锁定技术。侧边缘锁定技术的基本原理是借助一外部参考腔，检测参考腔透射信号光谱，将锁定点设置在透射信号光谱一侧的半高宽度点处，当激光频率发生变化时，参考腔信号光谱强度将偏离锁定点，得到误差校正信号，通过执行元件控制激光腔长，将激光频率带回到设置的锁定点。Pound-Drever-Hall锁定技术的基本原理是通过一电光调制器件调制激光频率，调制后的含有三种频率的激光进入一外部参考腔，参考腔返回的激光和加载电光调制器调制信号混频得到误差信号，控制系统由此误差型号来修正激光器的腔长，从而达到在一定程度上锁定激光频率的目的。

然而，根据外部参考腔利用侧边缘锁定技术和Pound-Drever-Hall锁定技术来锁定激光频率仍然存在一定缺陷。由于受到环境条件的影响，例如温度和振动，以及参考腔所用器件的松弛，锁定的激光器频率在长时间的情况下，会存在漂移。无法长时间稳定激光器的频率在绝对准确的频率下。对于要求频率绝对准确的系统，需解决这一技术困难问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明为解决上述问题，提出了一种绝对锁定激光频率的装置，解决了激光频率长时间绝对稳定的需求。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提出了一种激光频率绝对锁定装置，其包括：待锁定激光器头，用于出射连续的激光；中性密度滤光片，用于衰减所述激光到适当的功率；原子池装置，在所述衰减后的激光的激发下产生无多普勒饱和荧光光谱信号；控制装置，用于采集无多普勒饱和荧光光谱信号，并根据采集到的无多普勒饱和荧光光谱信号修正所述待锁定激光器头输出的激光频率。

(三)有益效果

本发明的优点和效果是：采用原子池内部原子发射的无多普勒饱和荧光光谱信号作为频率基准，使得激光频率绝对准确可靠。且无多普勒饱和荧光光谱的兰姆凹陷特征可使得激光频率的绝对锁定精度可达MHz量级，精度非常高。通过控制计算机内部价格低廉的信号产生器件和采集器件，由程序可方便输出需要波形的信号，且控制算法可通过软件实现，无需额外的硬件信号处理器和信号发生器，降低了系统成本。

附图说明

图1是本发明提出的激光频率绝对锁定装置的结构示意图；

图2为本发明中带有原子池的装配体的结构示意图；

图3为本发明中控制计算机实现的控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，激光频率绝对锁定装置包括待锁定激光器头1，偏振分束晶体2，中性密度滤光片3，小孔4，45°反射镜5，原子池6，0°反射镜7，光电探测器8，控制计算机9，待锁定激光器控制器10及其参考腔部件。该装置利用原子的无多普勒饱和荧光光谱作为频率绝对参考基准。控制软件由软件开发环境自行研制开发，通过控制计算机内部的多功能卡，使其施加一正弦抖动信号抖动待锁定激光器的激光频率。激光器头出射的激光由偏振分束晶体分出部分光来激发原子池，激发光束和由反射镜7返回的光束相向通过原子池，产生无多普勒饱和荧光光谱信号，该信号由控制计算机内部的多功能卡采集。控制计算机通过编程产生的控制算法比较施加的正弦抖动信号和采集的无多普饱和荧光光谱信号，通过信号相乘和积分运算得到激光的相位移动信息，从而获得误差校正信号。根据此误差校正信号，控制计算机输出校正电压信号给激光器控制器10，从而不断修正激光器输出激光频率。