[发明专利]一种用于原子陀螺仪的激光频率和功率的双重稳定方法及装置

说明书

本发明涉及一种用于原子陀螺仪的激光频率和功率的双重稳定方法及装置，激光控制器根据控制信号精准控制电流和温度，使原子陀螺仪中的激光器输出主光束，将主光束分成两束光，一束作为原子陀螺仪的工作光源，另外一束进一步分成两束光，分别用作为激光功率和频率信号的探测光源；采集用于激光功率信号探测光源的光强信息，利用该信息通过PID控制原子陀螺仪的主光束，实现原子陀螺仪激光功率稳定控制；在激光功率稳定情况下，即不改变控制温度，只修改控制电流，利用作为频率信号的探测光源透光原子气室，采用线性吸收稳频的方式通过PID控制激光控制器的控制电流，进而实现激光频率的稳定控制。

技术领域

本发明提出了一种用于原子陀螺仪的激光频率和功率的双重稳定装置，属于激光频率和功率稳定技术领域。

背景技术

半导体激光器是原子陀螺仪的核心器件。泵浦激光用于激发碱金属原子极化，探测激光用于探测原子自旋进动信号。激光的频率和功率存在扰动时，直接影响碱金属原子极化率和原子自旋进动信号的大小，最终影响原子陀螺仪的零偏稳定性和标度因数等重要参数指标。控制激光器出光的频率和功率的稳定性是提高原子陀螺仪性能的重要途径。

半导体激光器的出光频率主要受温度和电流的影响。当时外部的温度、湿度等环境因素发现微小变化时，激光频率和功率会随之发生漂移和变化。通过饱和吸收稳频或者线性稳频等方法来调整激光器电流，可以控制激光频率的稳定性。同时电流的变化直接影响了光功率的变化，利用液晶延迟器来调节输出激光的偏振面，控制激光功率的稳定性。但上述方法的光路实现复杂，不利于原子陀螺仪的小型化。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的上述不足，设计了一种用于原子陀螺仪的激光频率和功率稳定装置。结合原子陀螺仪的现有光路结构，在原子陀螺仪的主光路中分出两束光，分别用于激光频率和功率的反馈控制，实现了装置的模块化、小型化设计。

本发明解决技术的方案是：一种用于原子陀螺仪的激光频率和功率的双重稳定方法，通过下述方式实现：

激光控制器根据控制信号精准控制电流和温度，使原子陀螺仪中的激光器输出主光束，将主光束分成两束光，一束作为原子陀螺仪的工作光源，另外一束进一步分成两束光，分别用作为激光功率和频率信号的探测光源；

采集用于激光功率信号探测光源的光强信息，利用该信息通过PID控制原子陀螺仪的主光束，实现原子陀螺仪激光功率稳定控制；

在激光功率稳定情况下，即不改变控制温度，只修改控制电流，利用作为频率信号的探测光源透光原子气室，采用线性吸收稳频的方式通过PID控制激光控制器的控制电流，进而实现激光频率的稳定控制。

优选的，激光频率的稳定控制的具体实现方式如下：

步骤201：在确保激光温度稳定的情况下，向控制电流加入三角波进行扫频，通过调节三角波的幅值和直流偏置，从而使透光原子气室的光谱信号中仅有一个与目标频率对应的极窄吸收峰；

步骤202：将三角波转变为1kHz～10kHz的正弦波，判断激光频率是否稳定在目标值上，若稳定完成控制，否则执行步骤203；

步骤203：激光频率未稳定在目标值时，得到的光谱信号为左右不对称的半正弦波，将左右不对称的半正弦波的幅值作差并将其当成反馈信号进行PID控制，得出负反馈控制信号，并以控制电流的形式输出到激光控制电路，进而实现激光频率的稳定控制。

优选的，激光控制器的激光控制电流为正常工作电流的120％。

一种用于原子陀螺仪的激光频率和功率的双重稳定装置，包括激光控制电路、DBR激光器、光隔离器、1/2波片、液晶延迟器、检偏器、偏振分束棱镜、光电探测器、反馈信号处理电路一、原子气室、反馈信号处理电路二；