[发明专利]一种基于饱和吸收谱智能识别技术的激光自动稳频系统

说明书

本发明提供一种基于饱和吸收谱智能识别技术的激光自动稳频系统，包括激光闭环锁定回路和自动重锁定回路。闭环锁定回路由原子吸收气室、基于饱和吸收谱的鉴频器和反馈控制器组成，实现激光频率的闭环锁定；自动重锁定回路将人工智能中的模式识别技术与经典光电技术相结合，从而能够准确地自动调谐激光器的工作状态、搜索饱和吸收谱中的锁定点。当激光频率处于锁定状态时，激光闭环锁定回路保持工作实现激光频率的锁定；当激光频率处于脱锁状态时，重锁定回路通过一系列自动化的操作将激光频率重新锁定。能够实现激光频率的一键式自动锁定和失锁后自动重锁，具有功能强大、智能化程度高、鲁棒性强、适用性广的特点。本发明应用于激光稳频领域。

技术领域

本发明涉及激光稳频领域，尤其涉及一种基于饱和吸收谱智能识别技术的激光自动稳频系统。

背景技术

激光器的诞生推动了一系列科学技术的进步。为获取符合要求的激光，即要求激光的线宽窄、频率稳定度高，研究者们研究了激光闭环稳频系统。典型激光闭环稳频系统由参考频率、鉴频器、反馈控制器三部分组成。广泛使用的参考频率有原子或分子的跃迁频率和光学谐振腔的特征频率。最主要的差别是鉴频方法的不同。采用原子分子的跃迁频率作为参考频率，常从原子分子的吸收光谱或色散光谱中获取鉴频信号，研究者们设计了许多鉴频方法及其稳频技术，如调制光谱稳频技术、调制转移谱(MTS)稳频技术、偏置光谱稳频技术、磁致二色性稳频技术等。高Q值的F-P腔的透射和反射特性具有与原子吸收谱线相似的特性，具有极窄的线宽，基于F-P腔的典型稳频技术是PDH(Pound-Drever-Hall)稳频技术。

激光的闭环稳频技术经过多年的发展，取得了非常突出的成果，在许多研究领域得到了广泛地应用，然而它存在非常明显的不足，主要体现为激光稳频系统的不稳定，即易出现脱锁现象。这是由于上述激光闭环稳频技术的有效锁频范围通常较窄，当激光系统承受不可避免的干扰时，激光频率跳变出有效锁频范围而出现脱锁。这类现象严重限制了激光闭环稳频系统的应用场景，如长时间、野外复杂环境、无人值守、星载等实验。

发明内容

针对现有技术激光闭环稳频系统存在的脱锁现象的问题，本发明的目的是提供一种基于饱和吸收谱智能识别技术的激光自动稳频系统，能够实现激光频率的自动锁定和脱锁后自动重锁定，具有智能化、功能强大、鲁棒性强、适用性广的特点。

为了实现上述发明目的，本发明在激光闭环稳频系统的基础上构建自动稳频系统，将人工智能中的模式识别技术与经典光电技术相结合，基于支持向量机设计了饱和吸收谱智能识别技术，能够准确地自动调谐激光激光器的输出模式与工作状态、搜索饱和吸收谱中的锁定点，实现激光的自动锁频和脱锁后自动重锁定。具体方案是：

参考图1，一种基于饱和吸收谱智能识别技术的激光自动稳频方法，是一种双回路控制结构，其工作机制为

锁频状态监控器实时监控稳频系统的工作状态：

若激光频率处于可锁定状态，激光闭环锁定回路保持工作，使激光的发射频率锁定在目标频率值；

若激光频率处于脱锁状态，启动自动重锁定回路，根据饱和吸收谱智能识别技术将激光器调节至良好的单模工作状态，即激光器具有宽无跳模调谐范围。并识别饱和吸收谱中的所有可锁定点，即原子的超精细跃迁频率对应的吸收峰，并根据目标频率值在所有可锁定点中确定目标锁定点。随后，根据目标锁定点将激光频率调谐至预设的有效锁频范围内并重新激活激光闭环锁定回路，即可实现激光频率脱锁后重新锁定，其中，良好的单模输出状态即激光器具有宽无跳模调谐范围(Wide Mod-hop Free Tuning Range,WMFTR)状态。

通过上述机制，激光频率在该自动稳频系统中一直处于“锁定、失锁后重锁定、锁定…”的自动循环。

作为上述技术方案的进一步改进，所述激光闭环锁定回路保持工作，使激光频率锁定在目标频率值的过程具体包括：

A1、实时获取激光器当前状态下的饱和吸收信号及鉴频信号；