本發(fā)明屬于激光控制，具體涉及一種基于光學(xué)反饋離散的窄線寬激光頻率控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、大部分激光的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)す獾念l率穩(wěn)定性都有一定要求，激光的頻率穩(wěn)定性是指激光輸出的頻率在一段時間內(nèi)保持一致的能力。激光的頻率穩(wěn)定性至關(guān)重要。

2、但是，自由運轉(zhuǎn)的激光器對環(huán)境敏感，易受到環(huán)境溫濕度、大氣壓強(qiáng)、機(jī)械振動等因素的影響，輸出中心頻率會隨時間的變化產(chǎn)生mhz甚至ghz級別的漂移，逐漸遠(yuǎn)離初始頻率，嚴(yán)重影響激光的質(zhì)量。因此，需要利用鎖頻手段提高激光器的輸出頻率穩(wěn)定度。在激光器輸出頻率改變后，系統(tǒng)利用反饋原理自發(fā)地將頻率拉回到設(shè)定頻率的方法被稱為自動鎖頻方法。

3、激光器在光電子產(chǎn)業(yè)和相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用過程中，其單頻特性是關(guān)注的重要參數(shù)之一。但是自由運行的激光器不可避免的會收到外界環(huán)境溫度、振動和電磁的影響，導(dǎo)致其線寬較寬和中心頻率存在漂移，因此在精密加工和精密測量等領(lǐng)域，通常需要鎖定激光器頻率，以得到盡可能窄的激光器線寬。

4、集成半導(dǎo)體激光器由于自發(fā)輻射的影響，它的運行線寬通常為mhz的水平，限制了進(jìn)一步的應(yīng)用。光反饋技術(shù)是一種有效的抑制半導(dǎo)體激光器頻率噪聲的方法，但是限定在小范圍內(nèi)時，線寬才能一直保持被壓窄，因此純光反饋方法難以應(yīng)用在需要長期鎖定的應(yīng)用中。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)。

5、由于超穩(wěn)激光器的頻率穩(wěn)定性主要取決于其諧振腔的長度，而諧振腔的設(shè)計通常需要在拐點溫度下工作，以獲得最佳的溫度特性。這種溫度控制策略雖然有助于提高頻率穩(wěn)定性，但也限制了腔長可調(diào)節(jié)的激光頻率范圍，即通常在mhz量級。因此，超穩(wěn)激光需要在大范圍且高精度的情況下進(jìn)行頻率調(diào)諧。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對目前激光器的頻率穩(wěn)定性和調(diào)諧范圍差的問題，本發(fā)明提供了一種基于光學(xué)反饋離散的窄線寬激光頻率控制裝置及方法。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：

3、一種基于光學(xué)反饋離散的窄線寬激光頻率控制裝置，包括：dfb激光器、激光控制器、反饋調(diào)節(jié)元件、光反饋組件、光外差反饋調(diào)節(jié)組件和溫控模塊；

4、所述反饋調(diào)節(jié)元件包括：二分之一波片、偏振分束器、四分之一波片；所述光反饋組件包括：反射鏡、第一聚焦透鏡、壓電陶瓷pzt和光學(xué)諧振腔；所述光外差反饋調(diào)節(jié)組件包括：射頻產(chǎn)生裝置混頻器、低通濾波器、pid鎖定裝置、光電探測器、偏置器、高壓放大控制模塊第二聚焦透鏡；

5、所述dfb激光器，用于發(fā)出激光；發(fā)出的激光依次經(jīng)過二分之一波片、偏振分束器和四分之一波片后，入射到反射鏡上經(jīng)反射后進(jìn)入第一聚焦透鏡，然后再經(jīng)過壓電陶瓷pzt入射到光學(xué)諧振腔產(chǎn)生腔前鏡透射光；同時利用光反饋腔增強(qiáng)技術(shù)在光學(xué)諧振腔內(nèi)形成光反饋；所述的腔前鏡透射光被光外差反饋調(diào)節(jié)組件的第二聚焦透鏡接收，傳輸至光電探測器中，所述光電探測器用于檢測接收到所述腔前鏡透射光的光信號，并將所述的腔前鏡透射光的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；再將電信號送至偏置器，偏置器能允許電信號中的電信號通過，阻止交流電信號的進(jìn)入；

6、所述激光控制器用于調(diào)諧激光電流，使dfb激光器輸出頻率改變；所述射頻產(chǎn)生裝置設(shè)置在所述激光控制器和混頻器之間，用于產(chǎn)生正弦射頻信號傳輸至所述混頻器，以通過所述混頻器將所述直流電信號和一個與調(diào)制信號相同頻率的正弦射頻信號混頻；經(jīng)低通濾波器傳輸至所述pid鎖定裝置；所述pid鎖定裝置再將接收到的電信號解調(diào)得到誤差信號，傳輸至高壓放大控制模塊；以使得高壓放大控制模塊根據(jù)所述誤差信號控制壓電陶瓷從而實現(xiàn)反饋相位等于2π整數(shù)倍以滿足激光頻率穩(wěn)定鎖定在腔模頻率上。

7、進(jìn)一步，所述溫控模塊，將光路整體放置在內(nèi)，用于為光路產(chǎn)生一個溫度穩(wěn)定的外部環(huán)境，用于減少腔長由于溫度變化對頻率漂移的影響。

8、基于光學(xué)反饋離散的窄線寬激光頻率控制裝置的激光器頻率鎖定方法，將激光器發(fā)出的激光光束入射到光反饋組件，所述光反饋組件接收到激光光束后，產(chǎn)生腔前鏡透射光；光外差反饋調(diào)節(jié)組件接收所述的腔前鏡透射光，并對所述的腔前鏡透射光對應(yīng)的電信號解調(diào)得到誤差信號，并將所述誤差信號傳輸至高壓放大控制模塊端控制壓電陶瓷pzt，以使得高壓放大控制模塊端根據(jù)所述誤差信號控制壓電陶瓷pzt使得激光頻率鎖定在腔模頻率上；同時激光控制器改變激光器的工作電流，實現(xiàn)激光頻率鎖定在光學(xué)諧振腔的每一個本征腔模頻率上，在溫控模塊的控制下，獲得一系列離散的寬范圍的穩(wěn)定鎖定頻率。

9、與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

10、(1)本發(fā)明方法結(jié)合了光學(xué)反饋和光外差反饋技術(shù)實現(xiàn)長期穩(wěn)定的鎖定，通過直接調(diào)諧電流實現(xiàn)dfb激光器頻率在一系列連續(xù)腔模上連續(xù)鎖定，不需要重復(fù)鎖定操作。

11、(2)光學(xué)諧振腔采用了兩鏡v型腔結(jié)構(gòu)，減小系統(tǒng)體積的同時避免了直接反射光的影響；

12、(3)系統(tǒng)集成于溫控模塊中，避免了溫度變化導(dǎo)致的頻率漂移。

技術(shù)特征：

1.一種基于光學(xué)反饋離散的窄線寬激光頻率控制裝置，其特征在于：包括：dfb激光器(1)、激光控制器(9)、反饋調(diào)節(jié)元件、光反饋組件、光外差反饋調(diào)節(jié)組件和溫控模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光學(xué)反饋離散的窄線寬激光頻率控制裝置，其特征在于：所述溫控模塊，將光路整體放置在內(nèi)，用于為光路產(chǎn)生一個溫度穩(wěn)定的外部環(huán)境，用于減少腔長由于溫度變化對頻率漂移的影響。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光學(xué)反饋離散的窄線寬激光頻率控制裝置的激光器頻率鎖定方法，其特征在于：將激光器發(fā)出的激光光束入射到光反饋組件，所述光反饋組件接收到激光光束后，產(chǎn)生腔前鏡透射光；光外差反饋調(diào)節(jié)組件接收所述的腔前鏡透射光，并對所述的腔前鏡透射光對應(yīng)的電信號解調(diào)得到誤差信號，并將所述誤差信號傳輸至高壓放大控制模塊端控制壓電陶瓷pzt，以使得高壓放大控制模塊端根據(jù)所述誤差信號控制壓電陶瓷pzt使得激光頻率鎖定在腔模頻率上；同時激光控制器改變激光器的工作電流，實現(xiàn)激光頻率鎖定在光學(xué)諧振腔的每一個本征腔模頻率上，在溫控模塊的控制下，獲得一系列離散的寬范圍的穩(wěn)定鎖定頻率。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于光學(xué)反饋離散的窄線寬激光頻率控制裝置及方法，屬于激光控制技術(shù)領(lǐng)域。針對目前激光器的頻率穩(wěn)定性和調(diào)諧范圍差的問題，本發(fā)明通過將激光器發(fā)出的激光光束入射到光反饋組件，產(chǎn)生腔前鏡透射光；光外差反饋調(diào)節(jié)組件對腔前鏡透射光對應(yīng)的電信號解調(diào)得到誤差信號，并將誤差信號傳輸至高壓放大控制模塊端控制PZT，以使得高壓放大控制模塊端根據(jù)誤差信號控制PZT使得激光頻率鎖定在腔模頻率上；同時激光控制器改變激光器的工作電流，實現(xiàn)激光頻率鎖定在光學(xué)諧振腔的每一個本征腔模頻率上，在溫控模塊的控制下，獲得一系列離散的寬范圍的穩(wěn)定鎖定頻率。

技術(shù)研發(fā)人員：黃新成,張梓浩,程子偉,尹潤濤,閆曉娟,趙剛,馬維光
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山西大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15