[发明专利]一种激光器频率稳定装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光频率稳定领域，具体涉及一种激光器频率稳定装置。

背景技术

在原子的激光冷却中，通常需要激光器的线宽小于1MHz甚至10kHz，几个小时内的漂移也在1MHz以内。通常，商用的半导体激光器的线宽约为10MHz，长漂>100MHz/1h，为了有效压窄激光器的线宽，通常采用以下几种方法：饱和吸收稳频、Zeeman稳频、偏振光谱稳频以及外腔稳频。对于前三种方法，主要应用于中性原子的光谱实验中，因为前三种方法都要求有合适的原子谱线作参考，通过这三种方法，激光器线宽一般可以压窄到1MHz左右，长期漂移也能够得到有效的控制。第四种方法是将外部参考腔的谐振频率作为参考频率去锁定激光器，外部参考腔一般为法布里-玻罗干涉仪（简称F-P腔）。这种方法相对于前面三种方法而言，其优点在于不依赖于原子的吸收谱线，因为很多情况下，找不到合适的原子谱线作为参考，此外，第四种方法具有更广泛的用途。但是，由于F-P腔的腔长容易受到外部环境的影响，从而影响激光器锁定到F-P腔之后的频率稳定度，因此，需要对腔进行很好的温度控制、噪声和振动的隔离，因此，系统比较复杂。这种情况下，传输腔稳频作为一种改进的外腔稳频方式，大大改进了激光的长期稳定度。传输腔稳频技术不依赖于高稳定度的参考腔和原子谱线，只需要利用一台稳定度高的激光器做参考，例如可采用碘稳频的氦氖激光器或者是稳定度更高的激光器作参考，将该激光和待稳的激光同时入射到一台扫描的F-P腔中，利用光电探测器探测这两束激光经过F-P腔之后的透射峰，通过锁定峰间距，从而实现提高待稳激光的长期稳定度的目的。

这种方法如图4和图5所示，原理如下：稳定激光器和待稳激光器输出的激光同时入射到法布里-玻罗干涉仪（传输腔）内，传输腔的腔长由压电陶瓷进行调节，通过压电陶瓷驱动源输出的锯齿波电压信号调节压电陶瓷的伸缩，由此改变传输腔的长度，达到改变传输腔的谐振频率的目的。利用光电探测器1探测稳定激光经过传输腔后的透射信号，利用光电探测器2探测待稳激光经过传输腔后的透射信号。光电探测器1和光电探测器2的信号利用模数转换卡转换成数字信号后输入到计算机中，利用计算机程序进行处理，计算出三个透射峰的峰值位置，得到A/B和C值，将A/B值与设定值相减得到待稳激光器的误差信号，经过比例积分运算得到反馈电压值，通过数模转换卡输出反馈信号给待稳激光器的PZT驱动电路，控制激光频率的长期漂移，将C值与设定值相减得到腔长扫描起始点的漂移误差信号，经过比例积分运算得到反馈电压值，通过数模转换卡输出另一路反馈电压信号到PZT驱动电路，以稳定腔的模式。

对于这种方法，需要利用采集速率很高的数据采集卡将光电探测的信号输入到计算机，否则会由于传输速度的问题造成反馈的延时，此外，该方法中，传输腔的压电陶瓷一直处于扫描状态，由于压电陶瓷的扫描的非线性的问题，因此，同样的扫描电压可能对应于压电陶瓷不同的扫描长度，同时，由于压电陶瓷不同的长度的电压敏感度不同，可能会造成误差信号的不敏感，从而限制了待稳激光器锁定的效果。同时，这种方法只能控制激光的长期漂移，而对激光的线宽压窄的贡献不大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种能够实现压窄激光线宽和控制激光长期漂移的激光器频率稳定装置。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种激光器频率稳定装置，包括稳定激光器、第一电光调制器、第一偏振分光棱镜、法布里-玻罗干涉仪、第一驱动源、第一光电二极管、第一混频器、第一低通滤波器、待稳激光器、第二电光调制器、第二偏振分光棱镜、第二光电探测器、第二驱动源、第二混频器、第二低通滤波器和第三驱动源组成；

所述稳定激光器输出光经过所述第一电光调制器后射入所述法布里-玻罗干涉仪，所述第一偏振分光棱镜适于将从所述法布里-玻罗干涉仪中反射回的信号反射到所述第一光电二极管，所述第一驱动源连接到所述第一电光调制器并且其信号输出端连接到所述第一混频器的信号输出入端，所述第一光电二级管的信号输出端也连接到所述第一混频器的信号输入端，所述第一混频器的信号输出端连接到所述第一低通滤波器的信号输入端，所述第一低通滤波器的信号输出端连接到所述第三驱动源，所述第三驱动源适于连接到所述法布里-玻罗干涉仪并驱动压电陶瓷；