基于熱電制冷和聲光移頻的雙縱模激光器互鎖方法和裝置制造方法
【專利摘要】基于熱電制冷和聲光移頻的雙縱模激光器互鎖方法和裝置屬于激光應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明采用聲光移頻技術(shù)將多臺(tái)基于熱電制冷的雙縱模激光器的輸出激光頻率鎖定于同一臺(tái)參考雙縱模穩(wěn)頻激光器的輸出激光頻率上，從而使所有激光器輸出激光具有統(tǒng)一的頻率值，目的是解決傳統(tǒng)穩(wěn)頻激光器相互之間的頻率一致性較低的不足，為超精密激光干涉測(cè)量提供一種新型的激光光源。
【專利說(shuō)明】基于熱電制冷和聲光移頻的雙縱模激光器互鎖方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于熱電制冷和聲光移頻的雙縱模激 光器互鎖方法及其裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，以光刻機(jī)和數(shù)控機(jī)床為代表的超精密測(cè)量與加工技術(shù)朝著大尺度、高精 度、多空間自由度同步測(cè)量方向發(fā)展，對(duì)激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的總激光功率消耗急劇增加，遠(yuǎn) 超過(guò)單臺(tái)穩(wěn)頻激光器的輸出激光功率，因此需要同時(shí)采用多臺(tái)穩(wěn)頻激光器進(jìn)行組合測(cè)量。 然而，不同穩(wěn)頻激光器在相對(duì)頻率穩(wěn)定度、激光波長(zhǎng)值、波長(zhǎng)漂移方向等方面存在差異，這 將帶來(lái)激光干涉測(cè)量系統(tǒng)不同空間自由度的測(cè)量精度、波長(zhǎng)基準(zhǔn)和空間坐標(biāo)不一致的問(wèn) 題，從而影響整個(gè)多維激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的綜合測(cè)量精度。為了保證激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的 綜合測(cè)量精度，要求組合使用的多臺(tái)穩(wěn)頻激光器的頻率一致性要達(dá)到1〇_ 8,因此穩(wěn)頻激光器 之間的頻率一致性已經(jīng)成為超精密測(cè)量與加工技術(shù)發(fā)展亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
[0003] 目前應(yīng)用于激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)頻激光光源主要有雙縱模穩(wěn)頻激光器、橫向塞 曼穩(wěn)頻激光器和縱向塞曼激光器等，這類激光器在穩(wěn)頻基準(zhǔn)上以激光增益曲線的中心頻率 作為穩(wěn)頻控制的參考頻率，而激光增益曲線的中心頻率隨工作氣體氣壓和放電條件而改 變，且多臺(tái)穩(wěn)頻激光器在物理參數(shù)上無(wú)法做到高度一致，故其穩(wěn)頻控制的參考頻率存在差 異，從而導(dǎo)致多臺(tái)穩(wěn)頻激光器輸出激光的頻率一致性較低，只能到達(dá)1〇_ 6?1〇_7。
[0004] 為了解決穩(wěn)頻激光器之間的頻率一致性較差的問(wèn)題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出一 種雙縱模激光器偏頻鎖定方法（中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N200910072517、CN200910072518、 CN200910072519和CN200910072523)，該方法以一臺(tái)碘穩(wěn)頻激光器或雙縱模激光器輸出激 光的頻率作為基準(zhǔn)，其余多臺(tái)雙縱模激光器相對(duì)于基準(zhǔn)頻率偏移一定的數(shù)值進(jìn)行鎖定，從 而使多臺(tái)雙縱模激光器的輸出激光具有相同的波長(zhǎng)(頻率)，但是該方法在激光頻率的鎖定 過(guò)程中，需要調(diào)整激光器的內(nèi)部工作參數(shù)，一方面由于調(diào)整的方式屬于間接調(diào)整，系統(tǒng)的響 應(yīng)速度相對(duì)比較遲緩，另一方面由于每個(gè)激光器的特性參數(shù)存在一定差異，激光器內(nèi)部工 作參數(shù)的改變可能會(huì)對(duì)激光的頻率穩(wěn)定度產(chǎn)生不良影響，嚴(yán)重的情況甚至?xí)?dǎo)致激光器失 鎖。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種基于熱電制冷和聲光移頻的雙縱模激 光器互鎖方法，其目的是結(jié)合聲光移頻器的移頻特性和熱電制冷的雙縱模穩(wěn)頻激光器的優(yōu) 點(diǎn)，為超精密加工與測(cè)量技術(shù)提供一種波長(zhǎng)一致性優(yōu)良的激光光源。本發(fā)明還提供了一種 基于熱電制冷和聲光移頻的雙縱模激光器互鎖裝置。
[0006] 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種基于熱電制冷和聲光移頻的雙縱模激光器互鎖方法，該方法包括以下步驟： (1)開(kāi)啟參考雙縱模穩(wěn)頻激光器的電源，經(jīng)過(guò)預(yù)熱和穩(wěn)頻過(guò)程后，激光器輸出正交偏 振的兩個(gè)縱模光，利用偏振分光鏡分離出其中一個(gè)縱模光作為參考雙縱模穩(wěn)頻激光器的輸 出光，其光波頻率記為Vp此輸出光由光纖分束器分離成η彡1路，記為光束Xi(i=l，2,… ，η)，分別作為雙縱模激光器Q (i=l，2,…，η)頻率鎖定的參考光束； (2) 開(kāi)啟雙縱模激光器Li(i=l，2,…，η)的電源，所有雙縱模激光器同時(shí)進(jìn)入預(yù)熱過(guò)程， 測(cè)量當(dāng)前環(huán)境的溫度值，設(shè)定預(yù)熱的目標(biāo)溫度T set，且Tset高于環(huán)境溫度，利用熱電制冷器對(duì) 激光器內(nèi)部的激光管進(jìn)行加熱，使激光管的溫度趨于預(yù)先設(shè)定的溫度值T srt并達(dá)到熱平衡 狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)預(yù)熱算法微調(diào)熱電制冷器的工作電流的正負(fù)和大小，使激光管主輸 出端和副輸出端的激光包括正交偏振的兩個(gè)縱模光； (3) 預(yù)熱過(guò)程結(jié)束后，雙縱模激光器k (i=l，2,…，η)進(jìn)入穩(wěn)頻控制過(guò)程，利用渥拉斯 頓棱鏡將其內(nèi)部激光管副輸出端的正交偏振的兩個(gè)縱模光分離，其光功率P/Qzl，2,…，η) 和Pi 2 (i=l，2,…，η)由二象限光電探測(cè)器測(cè)量得出，穩(wěn)頻控制模塊計(jì)算出兩個(gè)縱模光的功 率之差八？#/-?/(1=1，2，一，11)，并根據(jù)八？力=1，2，一，11)的正負(fù)和大小調(diào)整熱電制 冷器工作電流的正反和大小，使ΔΡ?αζΙ，2, ···，!〇趨于零，進(jìn)而使激光的頻率趨于穩(wěn)定數(shù) 值； (4) 利用偏振分光鏡分離出激光管主輸出端激光中的一個(gè)縱模光，記為光束 ?\ (i=l，2,…，η)，其頻率記為ν i (i=l，2,…，η)，光束凡（i=l，2,…，η)分別進(jìn)入驅(qū)動(dòng)頻率為 (i=l，2,…，η)的聲光移頻器Si (i=l，2,…，η)進(jìn)行移頻，其對(duì)應(yīng)的輸出激光的頻率記為 ν i+ (i=l，2,…，η)，此激光再由分光鏡分為強(qiáng)度比為9:1的兩部分光，其中強(qiáng)度相對(duì)較大 的部分光記為光束Zi (i=l，2,…，η)，作為雙縱模激光器Q (i=l，2,…，η)的輸出激光，強(qiáng)度 相對(duì)較小的部分光記為光束Yi (i=l，2,…，η); (5) 將光束Xi(i=l，2, ···，!〇分別與光束Q (i=l，2, ···，!〇進(jìn)行光學(xué)混頻形成光學(xué) 拍頻信號(hào)，利用光電探測(cè)器將光學(xué)拍頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其頻率值4^=^+/；-vji=l，2, ···，!!）由頻率測(cè)量模塊測(cè)得，頻率調(diào)整模塊根據(jù)測(cè)量得到的光學(xué)拍頻信號(hào)的 頻率值Λ ^(^^，…，。，計(jì)算得出光束父^^^^^"和丫"^^^^"的頻率 差值\ Λ Vi(i=l，2,…，η)，并將聲光移頻器5力=1，2，···，!!）的驅(qū)動(dòng)頻率 (i=l，2,…，η)調(diào)整為ν r - ν i (i=l，2,…，η)，從而使雙縱模激光器Q (i=l，2,…，η)輸 出光束Zi(i=l，2，···，n)的頻率等于參考光束Xi(i=l，2，···，n)的頻率，gpv i+/i=Vr (i=l, 2, ···, η)； (6) 循環(huán)重復(fù)步驟（4)到（5)，通過(guò)調(diào)整聲光移頻器Siaij，···，!!）的工作頻率 /；(1=1，2, ···，!!)，使雙縱模激光器Q (i=l，2, ···，!!）的輸出激光Zi(i=l，2, ···，!!）的頻率始終 鎖定于同一頻率值V!·。
[0007] -種基于熱電制冷和聲光移頻的雙縱模激光器互鎖裝置，包括激光器電源A、穩(wěn) 頻狀態(tài)指示燈、參考雙縱模穩(wěn)頻激光器、偏振分光鏡A、光纖分束器，該裝置中還包括η > 1 個(gè)結(jié)構(gòu)相同、呈并聯(lián)關(guān)系的雙縱模激光器（U, L2，···，Ln)，其中每一個(gè)雙縱模激光器（Lp L2，…，L n)的裝配結(jié)構(gòu)是：激光器電源B與激光管連接，激光管放置在導(dǎo)熱金屬腔中，激光 管與導(dǎo)熱金屬腔之間的空隙填充導(dǎo)熱硅膠層，激光管溫度傳感器放置于導(dǎo)熱硅膠層中，并 緊貼激光管外壁，其輸出端接穩(wěn)頻控制模塊，熱電制冷器貼合在導(dǎo)熱金屬腔外壁上，其輸入 端接穩(wěn)頻控制模塊，環(huán)境溫度傳感器與穩(wěn)頻控制模塊連接，渥拉斯頓棱鏡放置在激光管副 輸出端后，其后放置二象限光電探測(cè)器，二象限光電探測(cè)器的輸出端與穩(wěn)頻控制模塊連接， 偏振分光鏡B放置在激光管主輸出端前，其后放置聲光移頻器，分光鏡放置在聲光移頻器 與光纖合束器的一個(gè)輸入端之間，光纖合束器的另一個(gè)輸入端與光纖分束器的輸出端之一 連接，檢偏器放置在光纖合束器的輸出端與高速光電探測(cè)器之間，高速光電探測(cè)器、頻率測(cè) 量模塊、頻率調(diào)整模塊、聲光移頻器依次連接，鎖頻狀態(tài)指示燈與頻率調(diào)整模塊連接。
[0008] 本發(fā)明具有以下特點(diǎn)及良好效果： (1)本發(fā)明采用聲光移頻器對(duì)多個(gè)雙縱模激光器進(jìn)行并聯(lián)頻率鎖定，所有雙縱模穩(wěn)頻 激光器輸出激光具有統(tǒng)一的頻率值，由于聲光移頻器極高的頻率調(diào)節(jié)分辨力，多個(gè)激光器 的頻率一致性可高達(dá)到1〇_9,比現(xiàn)有方法提高一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新 點(diǎn)之一。
[0009] (2)本發(fā)明采用聲光移頻器對(duì)多個(gè)雙縱模激光器進(jìn)行并聯(lián)頻率鎖定，由于聲光移 頻器較高的頻率調(diào)整響應(yīng)速度，可有效抑制外界干擾因素引起的激光波長(zhǎng)漂移和躍變，從 而提高了光源的穩(wěn)定性和環(huán)境適用性，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之二。
[0010] (3)本發(fā)明采用聲光移頻器對(duì)多個(gè)雙縱模激光器進(jìn)行并聯(lián)頻率鎖定，由于激光器 最終輸出激光的頻率調(diào)整方式對(duì)于激光器內(nèi)部激光管而言，屬于一種外部調(diào)整方法，因此 不會(huì)對(duì)激光管的穩(wěn)頻控制機(jī)制產(chǎn)生不良影響，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定精度， 這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之三。
[0011] (4)本發(fā)明采用熱電制冷器進(jìn)行了溫度控制和調(diào)節(jié)，由于改變其工作電流方向可 以讓熱電制冷器產(chǎn)生熱量或吸收熱量，從而減小了對(duì)環(huán)境散熱性能的依賴，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì) 激光管溫度的快速控制和調(diào)節(jié)，提高控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度，這是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn) 之四。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明裝置的原理示意圖 圖2為本發(fā)明裝置中雙縱模激光器穩(wěn)頻結(jié)構(gòu)的示意圖 圖3為本發(fā)明裝置中雙縱模激光器熱控制機(jī)械結(jié)構(gòu)的橫截面圖 圖4為本發(fā)明裝置中雙縱模激光器預(yù)熱過(guò)程的閉環(huán)控制功能框圖 圖5為本發(fā)明裝置中雙縱模激光器穩(wěn)頻過(guò)程的閉環(huán)控制功能框圖 圖6為本發(fā)明裝置中雙縱模激光器頻率鎖定過(guò)程的閉環(huán)控制功能框圖 圖中，1激光器電源A、2穩(wěn)頻狀態(tài)指Tjv燈、3參考雙縱模穩(wěn)頻激光器、4偏振分光鏡A、5 光纖分束器，6激光管、7渥拉斯頓棱鏡、8二象限光電探測(cè)器、9穩(wěn)頻控制模塊、10激光管溫 度傳感器、11熱電制冷器、12導(dǎo)熱娃膠層、13導(dǎo)熱金屬腔、14環(huán)境溫度傳感器、15激光器電 源B、16偏振分光鏡B、17聲光移頻器、18分光鏡、19光纖合束器、20檢偏器、21高速光電探 測(cè)器、22頻率測(cè)量模塊、23頻率調(diào)整模塊、24鎖頻狀態(tài)指示燈。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0014] 如圖1、圖2和圖3所不，本發(fā)明裝置中基于熱電制冷和聲光移頻的雙縱模激光 器互鎖裝置，包括激光器電源A1、穩(wěn)頻狀態(tài)指示燈2、參考雙縱模穩(wěn)頻激光器3、偏振分光 鏡A4、光纖分束器5,該裝置中還包括η彡1個(gè)結(jié)構(gòu)相同、呈并聯(lián)關(guān)系的雙縱模激光器Q， L2，…，Ln，其中每一個(gè)雙縱模激光器Li, L2，…，Ln的裝配結(jié)構(gòu)是：激光器電源B15與激光 管6連接，激光管6放置在導(dǎo)熱金屬腔13中，激光管6與導(dǎo)熱金屬腔13之間的空隙填充導(dǎo) 熱硅膠層12,激光管溫度傳感器10放置于導(dǎo)熱硅膠層12中，并緊貼激光管6外壁，其輸出 端接穩(wěn)頻控制模塊9,熱電制冷器11貼合在導(dǎo)熱金屬腔13外壁上，其輸入端接穩(wěn)頻控制模 塊9,環(huán)境溫度傳感器14與穩(wěn)頻控制模塊9連接，渥拉斯頓棱鏡7放置在激光管6副輸出端 后，其后放置二象限光電探測(cè)器8,二象限光電探測(cè)器8的輸出端與穩(wěn)頻控制模塊9連接，偏 振分光鏡B16放置在激光管6主輸出端前，其后放置聲光移頻器17,分光鏡18放置在聲光 移頻器17與光纖合束器19的一個(gè)輸入端之間，光纖合束器19的另一個(gè)輸入端與光纖分束 器5的輸出端之一連接，檢偏器20放置在光纖合束器19的輸出端與高速光電探測(cè)器21之 間，高速光電探測(cè)器21、頻率測(cè)量模塊22、頻率調(diào)整模塊23、聲光移頻器17依次連接，鎖頻 狀態(tài)指示燈24與頻率調(diào)整模塊23連接。
[0015] 鑒于裝置中包括多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的雙縱模穩(wěn)頻激光器1^，L2，…，Ln，這些雙縱模穩(wěn) 頻激光器的工作過(guò)程完全一致，以下僅對(duì)其中一個(gè)雙縱模穩(wěn)頻激光器U進(jìn)行工作過(guò)程描 述，這些描述文字同樣適用于裝置中的其它同類雙縱模穩(wěn)頻激光器。
[0016] 開(kāi)始工作時(shí)，開(kāi)啟激光器電源A1，參考雙縱模穩(wěn)頻激光器3進(jìn)入預(yù)熱和穩(wěn)頻過(guò)程， 當(dāng)上述過(guò)程完成時(shí)，使能穩(wěn)頻狀態(tài)指示燈2,表示參考雙縱模穩(wěn)頻激光器3進(jìn)入穩(wěn)定工作 狀態(tài)，其輸出激光包括偏振方向互相正交的兩個(gè)縱模光，利用偏振分光鏡A4取出其中一個(gè) 縱模光作為輸出光，并耦合進(jìn)入光纖分束器5,被分離成η路頻率基準(zhǔn)光束，記為光束Χρ Χ 2，…，Χη，其頻率記為作為雙縱模激光器Lp L2，…，、頻率鎖定的參考頻率。
[0017] 穩(wěn)頻狀態(tài)指示燈2使能的同時(shí)，開(kāi)啟激光管電源B15,雙縱模穩(wěn)頻激光器U進(jìn)入預(yù) 熱過(guò)程。穩(wěn)頻控制模塊9根據(jù)環(huán)境溫度傳感器14測(cè)量得到的環(huán)境溫度值而設(shè)定預(yù)熱的目 標(biāo)溫度T srt，且Tsrt高于環(huán)境溫度，將Tsrt作為如圖4所示的預(yù)熱閉環(huán)控制系統(tǒng)的參考輸入 量，同時(shí)以激光管溫度傳感器10測(cè)量得到激光管6的實(shí)際溫度T Mal作為反饋信號(hào)，穩(wěn)頻控 制模塊9計(jì)算二者的差值，并根據(jù)差值的正負(fù)和大小調(diào)節(jié)熱電制冷器11的工作電流的大小 和正反，對(duì)激光管6進(jìn)行加熱或制冷，使其溫度趨于預(yù)設(shè)的目標(biāo)溫度T srt，在此基礎(chǔ)上根據(jù) 預(yù)熱算法微調(diào)熱電制冷器11的工作電流的正反和大小，使激光管6主輸出端和副輸出端的 激光包括正交偏振的兩個(gè)縱模光。
[0018] 預(yù)熱過(guò)程完成后，穩(wěn)頻控制模塊9切換雙縱模穩(wěn)頻激光器U進(jìn)入穩(wěn)頻控制過(guò)程。 模激光管6副輸出端輸出的兩個(gè)縱模光由渥拉斯頓棱鏡7分離后，其光功率P/和P/由二 象限光電探測(cè)器8測(cè)得，將兩個(gè)縱模的功率之差ΛΡ= P/ - P/作為如圖5所示的穩(wěn)頻閉環(huán) 控制系統(tǒng)的反饋輸入量，參考輸入量設(shè)置為零，穩(wěn)頻控制模塊9計(jì)算出參考輸入量與反饋 輸入量的差值，并根據(jù)穩(wěn)頻控制算法調(diào)整熱電制冷器11的工作電流的大小和方向，進(jìn)而調(diào) 整激光管6的溫度和諧振腔長(zhǎng)，使兩個(gè)縱模光的功率Ρ/= ΡΛ此時(shí)兩個(gè)縱模光的頻率也趨 于穩(wěn)定數(shù)值。
[0019] 穩(wěn)頻過(guò)程結(jié)束后，激光器Li進(jìn)入頻率鎖定過(guò)程，激光管6主輸出端輸出的雙模激 光由偏振分光鏡B16分離出其中一個(gè)縱模光，作為聲光移頻器17的輸入光，其頻率記為 ^，聲光移頻器17的工作頻率記為/；，由于聲光相互作用，聲光移頻器17輸出激光的頻率 為v ，該光束再通過(guò)分光鏡18分離為強(qiáng)度為9:1兩部分光，其中強(qiáng)度相對(duì)較大的部分光 記為光束Zi，作為雙縱模激光器Q的輸出激光，強(qiáng)度相對(duì)較小的部分光記為光束Yi，該光束 與光束Xi由光纖合束器19耦合進(jìn)入光纖合成為一束同軸光束，該同軸光束通過(guò)檢偏器20 后形成光學(xué)拍頻信號(hào)，經(jīng)高速光電探測(cè)器21進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，其頻率值Λ Vl=Vl+/；- \ 由頻率測(cè)量模塊22測(cè)量得到，并作為如圖6所示的頻率鎖定閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋輸入量， 參考輸入量設(shè)置為零，頻率調(diào)整模塊23根據(jù)二者的差值Λ Vl，計(jì)算得出光束Xi與光束Yi 的頻率差值為\ Λ Vl，并將聲光移頻器17的驅(qū)動(dòng)頻率調(diào)整為\ - Vl，從 而使激光器U輸出光束Zi的頻率(光束Zi與光束Yi同頻率）等于參考光束Xi的頻率v p 當(dāng)上述頻率鎖定過(guò)程完成后，頻率調(diào)整模塊23使能鎖頻狀態(tài)指示燈24。
[0020] 當(dāng)外界環(huán)境變化或其它因素導(dǎo)致參考雙縱模穩(wěn)頻激光器3或者雙縱模激光器U 輸出激光的頻率發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)循環(huán)上述穩(wěn)頻鎖定過(guò)程，通過(guò)調(diào)整聲光移頻器17的工作 頻率/；，使雙縱模激光器U輸出激光的頻率v i始終鎖定于參考頻率v p同理，雙縱模激 光器L2，L3，…，Ln輸出激光的頻率〃 2，v3，…，\也始終鎖定在參考頻率\上。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于熱電制冷和聲光移頻的雙縱模激光器互鎖方法，其特征在于該方法包括以 下步驟： (1) 開(kāi)啟參考雙縱模穩(wěn)頻激光器的電源，經(jīng)過(guò)預(yù)熱和穩(wěn)頻過(guò)程后，激光器輸出正交偏 振的兩個(gè)縱模光，利用偏振分光鏡分離出其中一個(gè)縱模光作為參考雙縱模穩(wěn)頻激光器的輸 出光，其光波頻率記為Vp此輸出光由光纖分束器分離成η彡1路，記為光束Xi(i=l，2,… ，η)，分別作為雙縱模激光器Q (i=l，2,…，η)頻率鎖定的參考光束； (2) 開(kāi)啟雙縱模激光器Li(i=l，2,…，η)的電源，所有雙縱模激光器同時(shí)進(jìn)入預(yù)熱過(guò)程， 測(cè)量當(dāng)前環(huán)境的溫度值，設(shè)定預(yù)熱的目標(biāo)溫度T set，且Tset高于環(huán)境溫度，利用熱電制冷器對(duì) 激光器內(nèi)部的激光管進(jìn)行加熱，使激光管的溫度趨于預(yù)先設(shè)定的溫度值T srt并達(dá)到熱平衡 狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)預(yù)熱算法微調(diào)熱電制冷器的工作電流的正負(fù)和大小，使激光管主輸 出端和副輸出端的激光包括正交偏振的兩個(gè)縱模光； (3) 預(yù)熱過(guò)程結(jié)束后，雙縱模激光器Q (i=l，2,…，η)進(jìn)入穩(wěn)頻控制過(guò)程，利用渥拉斯 頓棱鏡將其內(nèi)部激光管副輸出端的正交偏振的兩個(gè)縱模光分離，其光功率P/Qzl，2,…，η) 和Pi 2 (i=l，2,…，η)由二象限光電探測(cè)器測(cè)量得出，穩(wěn)頻控制模塊計(jì)算出兩個(gè)縱模光的功 率之差八？#/-?/(1=1，2，一，11)，并根據(jù)八？力=1，2，一，11)的正負(fù)和大小調(diào)整熱電制 冷器工作電流的正反和大小，使ΔΡ?αζΙ，2, ···，!〇趨于零，進(jìn)而使激光的頻率趨于穩(wěn)定數(shù) 值； (4) 利用偏振分光鏡分離出激光管主輸出端激光中的一個(gè)縱模光，記為光束 ?\ (i=l，2,…，η)，其頻率記為ν i (i=l，2,…，η)，光束凡（i=l，2,…，η)分別進(jìn)入驅(qū)動(dòng)頻率為 (i=l，2,…，η)的聲光移頻器Si (i=l，2,…，η)進(jìn)行移頻，其對(duì)應(yīng)的輸出激光的頻率記為 ν i+ (i=l，2,…，η)，此激光再由分光鏡分為強(qiáng)度比為9:1的兩部分光，其中強(qiáng)度相對(duì)較大 的部分光記為光束Zi (i=l，2,…，η)，作為雙縱模激光器Q (i=l，2,…，η)的輸出激光，強(qiáng)度 相對(duì)較小的部分光記為光束Yi (i=l，2,…，η); (5) 將光束Xi(i=l，2, ···，!〇分別與光束Yi(i=l，2, ···，!〇進(jìn)行光學(xué)混頻形成光學(xué)拍頻信 號(hào)，利用光電探測(cè)器將光學(xué)拍頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其頻率值Λ Vi=Vi+/；- \(i=l，2^·· ，η)由頻率測(cè)量模塊測(cè)得，頻率調(diào)整模塊根據(jù)測(cè)量得到的光學(xué)拍頻信號(hào)的頻率值 Λ ν i (i=l，2,…，η)，計(jì)算得出光束Xi (i=l，2,…，η)和Yi (i=l，2,…，η)的頻率差值\_ - Λ Vi(i=l，2, "·，η)，并將聲光移頻器Si(i=l，2, "·，η)的驅(qū)動(dòng)頻率/；(i=l，2, "·，η) 調(diào)整為\ - Vi(i=l，2,…，η)，從而使雙縱模激光器Li(i=l，2, "·，η)輸出光束Zi(i=l，2,… ，n)的頻率等于參考光束Xiazl，〗，···，!!）的頻率，B卩ν?+/；= ^α=1，2，···，η); (6) 循環(huán)重復(fù)步驟（4)到（5)，通過(guò)調(diào)整聲光移頻器Siaij，···，!!）的工作頻率 /；(1=1，2, ···，!!)，使雙縱模激光器Q (i=l，2, ···，!!）的輸出激光Zi(i=l，2, ···，!!）的頻率始終 鎖定于同一頻率值V!·。
2. -種基于熱電制冷和聲光移頻的雙縱模激光器互鎖裝置，包括激光器電源A (1)、穩(wěn) 頻狀態(tài)指示燈（2 )、參考雙縱模穩(wěn)頻激光器（3 )、偏振分光鏡A (4)、光纖分束器（5 )，其特征 在于裝置中還包括η彡1個(gè)結(jié)構(gòu)相同、呈并聯(lián)關(guān)系的雙縱模激光器（U，L2，…，Ln)，其中每 一個(gè)雙縱模激光器（U, L2，···，Ln)的裝配結(jié)構(gòu)是：激光器電源B (15)與激光管（6)連接， 激光管（6)放置在導(dǎo)熱金屬腔（13)中，激光管（6)與導(dǎo)熱金屬腔（13)之間的空隙填充導(dǎo)熱 硅膠層（12)，激光管溫度傳感器（10)放置于導(dǎo)熱硅膠層（12)中，并緊貼激光管（6)外壁，其 輸出端接穩(wěn)頻控制模塊（9)，熱電制冷器（11)貼合在導(dǎo)熱金屬腔（13)外壁上，其輸入端接 穩(wěn)頻控制模塊（9)，環(huán)境溫度傳感器（14)與穩(wěn)頻控制模塊（9)連接，渥拉斯頓棱鏡（7)放置 在激光管（6)副輸出端后，其后放置二象限光電探測(cè)器（8)，二象限光電探測(cè)器（8)的輸出 端與穩(wěn)頻控制模塊（9)連接，偏振分光鏡B (16)放置在激光管（6)主輸出端前，其后放置 聲光移頻器（17)，分光鏡（18)放置在聲光移頻器（17)與光纖合束器（19)的一個(gè)輸入端之 間，光纖合束器（19)的另一個(gè)輸入端與光纖分束器（5)的輸出端之一連接，檢偏器（20)放 置在光纖合束器（19)的輸出端與高速光電探測(cè)器（21)之間，高速光電探測(cè)器（21)、頻率測(cè) 量模塊（22)、頻率調(diào)整模塊（23)、聲光移頻器（17)依次連接，鎖頻狀態(tài)指示燈（24)與頻率 調(diào)整模塊（23)連接。
【文檔編號(hào)】H01S3/10GK104051948SQ201410308274
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】譚久彬, 付海金, 胡鵬程 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)