一種自動激光穩(wěn)頻裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自動激光穩(wěn)頻裝置及方法。自動激光穩(wěn)頻裝置包括自動鎖腔功能裝置，其由采樣比較模塊和邏輯功能模塊組成，采樣比較模塊比較探測器的輸出電壓和參考電壓的大小，在采樣比較模塊的終端輸出高電平或者低電平；當(dāng)采樣比較模塊的終端輸出為低電平時，邏輯功能模塊自動啟動掃描功能、關(guān)閉積分器、關(guān)斷鎖腔功能；當(dāng)采樣比較模塊的終端輸出為高電平時，邏輯功能模塊自動啟動鎖腔功能、打開積分器、關(guān)斷掃描功能。本發(fā)明利用自動鎖腔功能裝置改進現(xiàn)有的鑒相穩(wěn)頻技術(shù)，實現(xiàn)自動激光穩(wěn)頻，保持激光頻率失鎖后能夠自動恢復(fù)到穩(wěn)頻狀態(tài)。
【專利說明】一種自動激光穩(wěn)頻裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光穩(wěn)頻【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種自動激光穩(wěn)頻裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]全固態(tài)激光器和光纖激光器廣泛應(yīng)用在量子光學(xué)、量子信息以及冷原子物理的實驗系統(tǒng)中。在這些系統(tǒng)中，為了減小激光器的頻率漂移，科研工作者通常將激光器激光頻率鎖定在某一參考標(biāo)準(zhǔn)上，以期獲得長期頻率穩(wěn)定的激光源。同時在一些光學(xué)系統(tǒng)中，人們選用一些特殊的光學(xué)腔實現(xiàn)激光頻率變換、以及制備光子數(shù)態(tài)、壓縮態(tài)和糾纏態(tài)等各種非經(jīng)典態(tài)，在這些實驗系統(tǒng)中，同樣需要鎖定各種光學(xué)腔，以實現(xiàn)信號光場的穩(wěn)定輸出。
[0003]常用的激光穩(wěn)頻的方法主要有Lock-1n穩(wěn)頻和PDH穩(wěn)頻，也可以統(tǒng)稱為鑒相穩(wěn)頻，這兩種方法均是對激光加入一個小的調(diào)制信號，通過鑒相方式得到頻率變化信息，并反饋到電信號處理系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)激光頻率穩(wěn)定。但是，在現(xiàn)有的激光穩(wěn)頻系統(tǒng)中，往往要求工作人員手動調(diào)整各類參數(shù)完成激光頻率的鎖定，特別是在激光頻率或光學(xué)腔失鎖時，人們往往又需要再次手動調(diào)整參數(shù)，重新完成鎖定工作。在復(fù)雜龐大實驗系統(tǒng)中，需要激光穩(wěn)頻的地方常有多個，有時甚至達(dá)十個之多，如果有一處頻率失鎖，還會有連鎖反應(yīng)，后面穩(wěn)頻的地方均會失鎖。這對于在這些系統(tǒng)中長期采集數(shù)據(jù)的科研人員來說，是非常大的挑戰(zhàn)。
[0004]因此，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，研發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動激光穩(wěn)頻的方法及裝置非常必要。對于自動激光穩(wěn)頻，研究工作者進行了大量的研究工作。目前，自動激光穩(wěn)頻多是采用數(shù)據(jù)采集卡和軟件編程實現(xiàn)穩(wěn)頻Lock-1n和PDH穩(wěn)頻中的運算功能,從而實現(xiàn)自動穩(wěn)頻[Review of Scientific Instruments, Vol-69, P-1934(1998) !Measurement Science andTechnology, Vol-18, P-1447 (2007) ；CN102185251B]。這種方法摒棄了現(xiàn)有的實驗儀器如鎖相放大器、積分器、混頻器以及低通濾波器等，造成資源浪費，并且購置數(shù)據(jù)采集卡和軟件等材料，成本較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種新型的成本較低的自動激光穩(wěn)頻裝置及方法。
[0006]本發(fā)明提供的一種自動激光穩(wěn)頻裝置，該裝置由光路裝置和電學(xué)反饋環(huán)路組成，光路裝置由激光器、光學(xué)諧振腔和光電探測器組成；電學(xué)反饋環(huán)路由鎖相放大器、積分器、信號發(fā)生器、自動鎖腔功能裝置、第一高壓放大器和第二高壓放大器組成；光電探測器探測透過光學(xué)諧振腔的激光，探測到的激光信號轉(zhuǎn)換為電信號，將電信號分為兩路，一路直接輸入自動鎖腔功能裝置；另一路通過鎖相放大器和積分器輸入自動鎖腔功能裝置；信號發(fā)生器提供低頻掃描信號輸入自動鎖腔功能裝置；自動鎖腔功能裝置輸出信號I通過第一高壓放大器連接到光學(xué)諧振腔；自動鎖腔功能裝置輸出信號II通過第二高壓放大器反饋到激光器；鎖相放大器提供調(diào)制信號輸入第二高壓放大器。
[0007]所述的自動鎖腔功能裝置由采樣比較模塊和邏輯功能模塊組成；預(yù)設(shè)采樣比較模塊中的參考電壓，采樣比較模塊比較光電探測器的輸出電壓和參考電壓的大小，在采樣比較模塊的終端輸出高電平或者低電平；當(dāng)采樣比較模塊的終端輸出為低電平時，邏輯功能模塊自動啟動掃描功能、關(guān)閉積分器、關(guān)斷鎖腔功能；當(dāng)采樣比較模塊的終端輸出為高電平時，邏輯功能模塊自動啟動鎖腔功能、打開積分器、關(guān)斷掃描功能。
[0008]所述的采樣比較模塊中預(yù)設(shè)的參考電壓小于光電探測器最大輸出電壓。
[0009]所述的激光器為連續(xù)波全固態(tài)激光器或者連續(xù)波光纖激光器。
[0010]所述的光學(xué)諧振腔為由兩個或者多個光學(xué)鏡片構(gòu)成的光學(xué)諧振腔。
[0011 ] 一種自動激光穩(wěn)頻方法，步驟如下:
[0012]I)在上述自動激光穩(wěn)頻裝置中，設(shè)置鎖相放大器、積分器以及信號發(fā)生器的參數(shù)；
[0013]2)設(shè)置自動鎖腔功能裝置中采樣比較模塊的參考電壓小于光電探測器最大輸出電壓，在采樣比較模塊的終端輸出高電平或者低電平；
[0014]3)當(dāng)采樣比較模塊的終端輸出為低電平時，邏輯功能模塊自動啟動掃描功能、關(guān)閉積分器、關(guān)斷鎖腔功能；當(dāng)采樣比較模塊的終端輸出為高電平時，邏輯功能模塊自動啟動鎖腔功能、打開積分器、關(guān)斷掃描功能；實現(xiàn)自動激光穩(wěn)頻，保持激光頻率失鎖后能夠自動回到穩(wěn)頻狀態(tài)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果:
[0016](I)本發(fā)明可利用現(xiàn)有實驗儀器設(shè)備，實現(xiàn)成本較低的自動激光穩(wěn)頻系統(tǒng)和方法。自動鎖腔功能裝置可作為小型儀器應(yīng)用在所有的量子光學(xué)、量子信息以及冷原子物理的實驗系統(tǒng)中。
[0017](2)本發(fā)明自動激光穩(wěn)頻裝置可在激光頻率受外界干擾以致頻率失鎖的情況下，快速自動恢復(fù)到激光穩(wěn)頻狀態(tài)，實現(xiàn)長期的激光穩(wěn)頻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明自動激光穩(wěn)頻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為自動鎖腔功能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0021]如圖1所示的一種自動激光穩(wěn)頻裝置，包括全固態(tài)連續(xù)單頻紅外激光器1、光學(xué)諧振腔(由兩個光學(xué)鏡片構(gòu)成的共焦法布里-珀羅諧振腔)2、光電探測器3、鎖相放大器4、積分器5、信號發(fā)生器6、自動鎖腔功能裝置7、第一高壓放大器81和第二高壓放大器82 ;光電探測器3探測透過光學(xué)諧振腔2的激光，探測到的激光信號轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號分為兩路，一路直接輸入自動鎖腔功能裝置7 ;另一路通過鎖相放大器4和積分器5輸入自動鎖腔功能裝置7 ;信號發(fā)生器6提供低頻掃描信號輸入自動鎖腔功能裝置7 ；自動鎖腔功能裝置7輸出信號通過第一高壓放大器81連接到光學(xué)諧振腔2 ；自動鎖腔功能裝置7輸出信號通過第二高壓放大器82反饋到激光器I ;鎖相放大器4提供調(diào)制信號輸入第二高壓放大器82。
[0022]圖2所示的自動鎖腔功能裝置7，由采樣比較模塊71和邏輯功能模塊72組成；預(yù)設(shè)米樣比較模塊71中的參考電壓，米樣比較模塊71比較光電探測器3的輸出電壓和參考電壓的大小，在采樣比較模塊71的終端輸出高電平或者低電平；當(dāng)采樣比較模塊71的終端輸出為低電平時，邏輯功能模塊72自動啟動掃描功能、關(guān)閉積分器、關(guān)斷鎖腔功能；當(dāng)采樣比較模塊71的終端輸出為高電平時，邏輯功能模塊72自動啟動鎖腔功能、打開積分器、關(guān)斷掃描功能。
[0023]本發(fā)明一種自動激光穩(wěn)頻方法，步驟如下:
[0024]I)在上述自動激光穩(wěn)頻裝置中，設(shè)置鎖相放大器4的時間和靈敏度參數(shù)、設(shè)置鎖相放大器4提供的調(diào)制信號的頻率、幅度和相位；設(shè)置積分器5的放大倍數(shù)和積分時間；設(shè)置信號發(fā)生器6提供的掃描信號的頻率和幅度；
[0025]2)設(shè)置自動鎖腔功能裝置7中采樣比較模塊71的參考電壓，參考電壓的大小為光電探測器3最大輸出電壓的一半；檢測米樣比較模塊71的終端輸出，為高電平或者低電平;
[0026]3)當(dāng)采樣比較模塊71的終端輸出為低電平時，邏輯功能模塊72自動啟動掃描功能、關(guān)閉積分器、關(guān)斷鎖腔功能；當(dāng)采樣比較模塊71的終端輸出為高電平時，邏輯功能模塊72自動啟動鎖腔功能、打開積分器、關(guān)斷掃描功能；實現(xiàn)自動激光穩(wěn)頻，保持激光頻率失鎖后能夠自動恢復(fù)到穩(wěn)頻狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種自動激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，該裝置由光路裝置和電學(xué)反饋環(huán)路組成，光路裝置由激光器(I)、光學(xué)諧振腔(2)和光電探測器(3)組成；電學(xué)反饋環(huán)路由鎖相放大器(4)、積分器(5)、信號發(fā)生器(6)、自動鎖腔功能裝置(7)、第一高壓放大器(81)和第二高壓放大器(82)組成；光電探測器(3)探測透過光學(xué)諧振腔(2)的激光，探測到的激光信號轉(zhuǎn)換為電信號，將電信號分為兩路，一路直接輸入自動鎖腔功能裝置(7);另一路通過鎖相放大器(4)和積分器(5)輸入自動鎖腔功能裝置(7);信號發(fā)生器(6)提供低頻掃描信號輸入自動鎖腔功能裝置(7)；自動鎖腔功能裝置(7)輸出信號I通過第一高壓放大器(81)連接到光學(xué)諧振腔⑵；自動鎖腔功能裝置⑵輸出信號II通過第二高壓放大器(82)反饋到激光器(I);鎖相放大器(4)提供調(diào)制信號輸入第二高壓放大器(82)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，所述的自動鎖腔功能裝置(7)由采樣比較模塊(71)和邏輯功能模塊(72)組成；預(yù)設(shè)采樣比較模塊(71)中的參考電壓，采樣比較模塊(71)比較光電探測器(3)的輸出電壓和參考電壓的大小，在采樣比較模塊(71)的終端輸出高電平或者低電平；當(dāng)采樣比較模塊(71)的終端輸出為低電平時，邏輯功能模塊(72)自動啟動掃描功能、關(guān)閉積分器、關(guān)斷鎖腔功能；當(dāng)采樣比較模塊(71)的終端輸出為高電平時，邏輯功能模塊(72)自動啟動鎖腔功能、打開積分器、關(guān)斷掃描功倉泛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種自動激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，所述的采樣比較模塊(71)中預(yù)設(shè)的參考電壓小于光電探測器(3)最大輸出電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種自動激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，所述的激光器(I)為連續(xù)波全固態(tài)激光器或者連續(xù)波光纖激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種自動激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，所述的光學(xué)諧振腔(2)為由兩個或者多個光學(xué)鏡片構(gòu)成的光學(xué)諧振腔。
6.一種使用如權(quán)利要求1或2所述裝置的自動激光穩(wěn)頻方法，其特征在于，該方法的步驟如下: 1)在自動激光穩(wěn)頻裝置中，設(shè)置鎖相放大器(4)、積分器(5)以及信號發(fā)生器(6)的參數(shù)； 2)設(shè)置自動鎖腔功能裝置(7)中采樣比較模塊(71)的參考電壓小于光電探測器(3)最大輸出電壓，在米樣比較模塊(71)的終端輸出高電平或者低電平； 3)當(dāng)采樣比較模塊(71)的終端輸出為低電平時，邏輯功能模塊(72)自動啟動掃描功能、關(guān)閉積分器、關(guān)斷鎖腔功能；當(dāng)采樣比較模塊(71)的終端輸出為高電平時，邏輯功能模塊(72)自動啟動鎖腔功能、打開積分器、關(guān)斷掃描功能；實現(xiàn)自動激光穩(wěn)頻，保持激光頻率失鎖后能夠自動回到穩(wěn)頻狀態(tài)。
【文檔編號】H01S3/13GK104409960SQ201410690270
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】劉建麗, 王鵬軍 申請人:山西大學(xué)