[发明专利]一种基于光学频率梳的双反馈半导体激光器稳频系统

权利要求书

1.一种基于光学频率梳的双反馈半导体激光器稳频系统，其特征在于，包括激光频率偏移单元、激光与光频梳拍频单元、激光稳频信号处理单元。

半导体激光器输出的激光束通过第一光纤耦合器耦合后分成三路，其中第一路为激光稳频光路，第二路用于抽运碱金属气室内部原子的抽运激光，第三路用于导入波长计进行激光频率的实时监测，所述波长计与计算机连接。

所述激光稳频光路的光束经过第一光学透镜和第二光学透镜进行整形，再经过第一光电隔离器和第二光电隔离器，消除光反馈对激光器的影响，再依次经过第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第一1/2波片和第一偏振分光棱镜，第一偏振分光棱镜分出的一束光进入激光频率偏移单元中。

激光频率偏移单元包括声光调制器AOM、第三光学透镜、1/4波片、第一孔径光阑及第四反射镜，其中声光调制器AOM用于将激光器的激光频率进行偏移。经过频率偏移反射的光束原路进入第一偏振分光棱镜，再由第五反射镜、第六反射镜调整导入第二光纤耦合器中，然后由第二光纤耦合器准直进入激光与光频梳拍频单元中。

从光学频率梳出射的光束进入激光与光频梳拍频单元中，与第二光纤耦合器导入的光束进行拍频，从而获得两者的拍频信号。

获得的拍频信号由激光稳频信号处理单元分成两部分，一部分通过PID反馈控制半导体激光器输出频率，另一部分通过闭环稳定控制实现声光调制器AOM移频后的激光频率稳定，最后将激光频率锁定在光学频率梳上的某一梳齿频率上。

2.如权利要求1所述的一种基于光学频率梳的双反馈半导体激光器稳频系统，其特征在于，激光频率偏移单元中声光调制器AOM对第一偏振分光棱镜反射的激光光束进行调制，AOM出射出0级和﹢1级衍射光束，经过第三光学透镜会聚入射至1/4波片和光阑，光阑吸收0级衍射光，只通过﹢1级衍射光，再由第四反射镜让光束沿原光路返回，保证出射激光光束频率产生偏移。

3.如权利要求1所述的一种基于光学频率梳的双反馈半导体激光器稳频系统，其特征在于，激光与光频梳拍频单元包括第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜、第十反射镜、第十一反射镜、第三1/2波片、第四1/2波片、第二偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜，第二孔径光阑、衍射光栅及光电探测器，激光与光频梳拍频单元用于将半导体激光器的激光与光学频率梳进行拍频；由第二光纤耦合器将激光器频率发生偏移后的光束导出，经由第七反射镜和第八反射镜，反射进入第三1/2波片和第二偏振分光棱镜；同时，与光学频率梳出射的经由第九反射镜和第十反射镜进入第二1/2波片和第二偏振分光棱镜的光束进行拍频；

拍频后的光束再经过第四1/2波片和第三偏振分光棱镜进行合束后，入射到衍射光栅上，接着由衍射光栅将各梳梳齿以不同的角度进行反射，调整第十一反射镜将光束导入孔径光阑，调整孔径光阑至合适大小完成空间梳齿滤波，最后由光电探测器接收到拍频信号。

4.如权利要求1所述的一种基于光学频率梳的双反馈半导体激光器稳频系统，其特征在于，激光稳频信号处理单元包括激光频率偏移单元电路部分和半导体激光频率输出电路部分，光电探测器接收到的拍频信号由功率分配器将功率平均分成两路，第一路为半导体激光频率输出电路部分，依次经过第二带通滤波器、第二锁相放大器、计算机及PID控制单元将拍频信号的测量值与目标设定值进行对比，PID控制单元与半导体激光器连接，通过PID反馈控制实现对半导体激光器输出频率的反馈控制。第二路为激光频率偏移单元电路部分，依次经过第一带通滤波器、第一锁相放大器、混频器、高通滤波器及声光驱动器对激光频率进行调制，用于实现声光调制器AOM移频后的激光频率闭环稳定控制。

5.如权利要求4所述的一种基于光学频率梳的双反馈半导体激光器稳频系统，其特征在于，混频器还与一个信号发生器相连，信号发生器产生一个固定的参考频率，通过混频器与拍频频率进行混频，经过高通滤波器得到对应声光驱动器驱动频率，从而驱动声光调制器AOM进行频率调制。