[发明专利]一种超稳激光器激光自适应耦合入腔匹配系统及方法

说明书

本发明提供一种超稳激光器激光自适应耦合入腔匹配系统及方法，利用电荷耦合元件光斑质心探测和四象限光电探测器相位探测技术实现光束指向的精确测量，得到F‑P腔体的偏移量；另外，通过步进电机调节楔形棱镜对以实现激光光路的精密调整，光束指向精密测量与光路的精密调整形成闭环，实现F‑P腔体位置偏移的主动补偿。本发明提供的超稳激光器激光自适应耦合入腔匹配系统及方法，结构简单、调整校正自动化、入腔匹配精度高，在空间应用中的超稳激光器、光通信领域拥有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种超稳激光器激光自适应耦合入腔匹配系统及方法。

背景技术

空间高精度时间频率系统在下一代深空宇航探测、导航、测地学、军事和基础科学研究等领域均具有重要的应用需求，以空间光钟(SOC)为核心的空间高精度时间频率系统受到了中国、美国和欧盟的高度重视。超稳激光器(USL)作为SOC的本地振荡源，决定着SOC的中短期稳定度，直接影响空间高精度时间频率系统的整体性能。因此，对适用于空间应用的USL进行研究具有十分重要的意义和价值。

USL的空间应用仍面临诸多的科学和技术问题，而激光与F-P腔在空间任务中难以保持高精度模式匹配是限制USL空间应用的核心问题之一，其主要原因是火箭发射过程中的力学冲击会导致F-P腔体发生位置偏移。USL中参考腔的偏移会直接导致激光与腔体模式匹配变差，甚至失效，反映到USL中，便表现为系统性能下降，甚至无法实现激光频率锁定。目前该问题的解决方法主要集中于改进腔体形状和支撑方式两方面，但这两方面的研究仅能降低腔体在力学冲击下的偏移，进而减小腔体偏移带来的影响，但无法彻底抑制该影响。

因此，如何精确计量F-P腔体的偏移量，进而对F-P腔体偏移进行光路主动补偿，实现激光与FP腔体在空间任务中保持高精度模式匹配，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于：针对现有技术中F-P腔发生位置偏移，激光与F-P腔匹配难度大的问题，提供一种超稳激光器激光自适应耦合入腔匹配系统。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：一种超稳激光器激光自适应耦合入腔匹配系统，在激光光轴上依次设置第一分光棱镜、第一楔形棱镜、第一步进电机、第二步进电机、第二楔形棱镜、偏振分光棱镜、1/4波片、F-P腔；

在偏振分光棱镜的反射光路中设置第二分光棱镜，第二分光棱镜在透射光路中设置电荷耦合单元和第三分光棱镜，其中第一分光棱镜的反射光透射过第三分光棱镜的中心位置，且在第三分光棱镜的反射光路中设置四象限光电探测器；

激光光束通过第一分光棱镜分成两束，其中一束通过第三分光棱镜透射后形成参考光进入四象限光电探测器；另一束射向F-P腔，经过F-P腔反射，经过1/4波片，由偏振分光棱镜反射经过第二分光棱镜后，一半透射进入电荷耦合单元探测信号光光斑质心，一半通过第三分光棱镜反射进入四象限光电探测器；电荷耦合元件测量反射光斑的质心位置变化，同时四象限光电探测器对第三分光棱镜透射的参考光和反射的信号光进行拍频测量相位信息变化；

电荷耦合元件与四象限光电探测器通过步进电机电路驱动第一步进电机和/或第二步进电机，控制第一楔形棱镜和第二楔形棱镜绕光轴旋转调整激光指向使激光重新耦合入F-P腔。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：所述步进电机电路驱动第一步进电机的旋转轴旋转，带动第一楔形棱镜绕激光光轴旋转，实现圆环形激光指向调整以实现耦合入腔功能；

和/或，所述步进电机电路驱动第二步进电机的旋转轴旋转，带动第二楔形棱镜绕激光光轴旋转，实现圆环形激光指向调整以实现耦合入腔功能。

作为本发明的优选技术方案：所述第一楔形棱镜的斜面设置在偏离第二楔形棱镜的外侧；