本發(fā)明涉及激光穩(wěn)頻技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于分時復(fù)用的共腔穩(wěn)頻裝置。
背景技術(shù)：
PDH(Pound-Drever-Hall)穩(wěn)頻技術(shù)是目前激光穩(wěn)頻系統(tǒng)中最主要的一種穩(wěn)頻技術(shù)，該技術(shù)的思想是由Pound于1946年提出并首先使用在微波上，后來Drever和Hall將它成功應(yīng)用到了激光穩(wěn)頻領(lǐng)域，因此這種激光穩(wěn)頻技術(shù)叫做PDH穩(wěn)頻技術(shù)。PDH穩(wěn)頻技術(shù)選擇光學(xué)諧振腔的共振頻率ω0作為參考頻率標(biāo)準(zhǔn)，對激光頻率進(jìn)行射頻電光調(diào)制，產(chǎn)生分布在激光頻率兩側(cè)、幅度相等且相位相反的兩個邊帶。高速光電探測器于諧振腔反射端探測此雙邊帶與載波的拍頻信號為：式中，pc為載波光功率，ps為每個邊帶光功率，δ為激光相位調(diào)制頻率，F(xiàn)(ω)及F(ω-δ)分別為載波及雙邊帶在諧振腔端面的反射系數(shù)。當(dāng)激光頻率ω對準(zhǔn)參考腔諧振頻率ω0時，上下邊帶與載波拍頻電流大小相等且相位相反，探測器輸出P為零；反之，兩側(cè)邊帶經(jīng)過參考腔反射后對稱性被破壞，上下邊帶與載波拍頻電流不再抵消，此時探測器輸出包含有激光頻率與參考腔諧振頻率偏差信息的差頻信號。伺服控制系統(tǒng)根據(jù)此差頻信號反饋控制激光器腔長，實現(xiàn)激光頻率的穩(wěn)定。F-P腔(法布里波羅諧振腔)具有很高的穩(wěn)定性和超窄的共振譜線寬度，能夠滿足各個波段激光穩(wěn)頻的需求，所以采用相位調(diào)制外差(PDH)技術(shù)將激光頻率鎖定在光學(xué)諧振腔的共振頻率上，可以得到極高的頻率穩(wěn)定性和Hz量級或者亞Hz量級的超窄輸出線寬，F(xiàn)-P腔穩(wěn)頻技術(shù)已廣泛應(yīng)用于光鐘和冷原子領(lǐng)域。但是，當(dāng)需要將兩束頻率間隔較小的激光鎖定在同一F-P腔的腔體上時，現(xiàn)有技術(shù)存在明顯的不足，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：(1)無法區(qū)分頻率間隔較小的兩束激光，當(dāng)兩束激光的頻率間隔很大時，可以通過光柵或者其他分光元件實現(xiàn)兩束激光的分離，但是，當(dāng)兩束激光的頻率間隔在0-50GHz時，采用分光元件已經(jīng)無法區(qū)分兩束激光。(2)無法避免頻率間隔較小的兩束激光的混頻，穩(wěn)頻激光均為窄線寬激光器，相干性好，頻率間隔較小的兩束激光在腔體和光路上可能產(chǎn)生混頻，導(dǎo)致穩(wěn)頻失敗。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于分時復(fù)用的共腔穩(wěn)頻裝置，解決無法將兩束頻率間隔較小的激光鎖定在同一F-P腔的腔體上的問題。
本發(fā)明提供一種基于分時復(fù)用的共腔穩(wěn)頻裝置，包括第一可調(diào)諧激光器、第二可調(diào)諧激光器、光開關(guān)、電開關(guān)、電光調(diào)制器、偏振分光鏡、λ/4玻片、F-P腔、PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)、光電探測器、射頻信號源、混頻器、比例積分電路、第一信號處理單元和第二信號處理單元，第一可調(diào)諧激光器發(fā)出的一束激光連接光開關(guān)的第一輸入端，第二可調(diào)諧激光器發(fā)出的一束激光連接光開關(guān)的第二輸入端，第一可調(diào)諧激光器發(fā)出的一束激光或第二可調(diào)諧激光器發(fā)出的一束激光經(jīng)光開關(guān)的輸出端輸出后進(jìn)入電光調(diào)制器移頻，經(jīng)偏振分光鏡分為兩路，一路經(jīng)λ/4玻片入射至F-P腔，經(jīng)F-P腔反射后經(jīng)過λ/4玻片，并繼續(xù)經(jīng)偏振分光鏡反射至光電探測器，另一路直接入射至光電探測器，射頻信號源發(fā)出的射頻信號進(jìn)入電光調(diào)制器，射頻信號源發(fā)出的射頻信號還與光電探測器的輸出信號一起經(jīng)混頻器后輸入至比例積分電路，比例積分電路的輸出端連接電開關(guān)的輸入端，電開關(guān)的第一輸出端經(jīng)第一信號處理單元連接第一可調(diào)諧激光器或電開關(guān)的第二輸出端經(jīng)第二信號處理單元連接第二可調(diào)諧激光器；第一信號處理單元，一方面用于調(diào)節(jié)第一可調(diào)諧激光器的腔長，將第一可調(diào)諧激光器的頻率鎖定在F-P腔，另一方面進(jìn)行差頻信號的保持，在光路斷開時，實現(xiàn)保持第一可調(diào)諧激光器的腔長不變；第二信號處理單元，一方面用于調(diào)節(jié)第二可調(diào)諧激光器的腔長，將第二可調(diào)諧激光器的頻率鎖定在F-P腔，另一方面進(jìn)行差頻信號的保持，在光路斷開時，實現(xiàn)保持第二可調(diào)諧激光器的腔長不變；光開關(guān)、電開關(guān)的切換頻率高于第一可調(diào)諧激光器、第二可調(diào)諧激光器內(nèi)部的壓電陶瓷的調(diào)節(jié)速率。
進(jìn)一步的，還包括溫控探頭和溫控系統(tǒng)，溫控探頭設(shè)置于F-P腔中，溫控探頭信號連接溫控系統(tǒng)。
進(jìn)一步的，第一可調(diào)諧激光器發(fā)出的激光的頻率與第二可調(diào)諧激光器發(fā)出的激光的頻率相差不超過50GHz。
進(jìn)一步的，光開關(guān)和電開關(guān)之間信號連接。
進(jìn)一步的，光開關(guān)、電開關(guān)的切換頻率在kHz量級。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于分時復(fù)用的共腔穩(wěn)頻裝置具有以下特點和優(yōu)點：
1、本發(fā)明的基于分時復(fù)用的共腔穩(wěn)頻裝置，可以通過分時復(fù)用的方式，將兩束頻率間隔較小的激光鎖定在同一F-P腔的腔體上；
2、本發(fā)明的基于分時復(fù)用的共腔穩(wěn)頻裝置，可以將一個調(diào)諧激光器的頻率固定不變，對另一個調(diào)諧激光器進(jìn)行掃頻處理，從而可以得到不同頻率的光外差信號。
結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的具體實施方式后，本發(fā)明的特點和優(yōu)點將變得更加清楚。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實施例中基于分時復(fù)用的共腔穩(wěn)頻裝置的工作原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實施例提供一種基于分時復(fù)用的共腔穩(wěn)頻裝置，包括第一可調(diào)諧激光器TLS1、第二可調(diào)諧激光器TLS2、光開關(guān)、電開關(guān)、電光調(diào)制器EOM、偏振分光鏡PBS、λ/4玻片、F-P腔、PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)、光電探測器PD、射頻信號源RF、混頻器Mixer、比例積分電路PID、信號處理單元1和信號處理單元2。本實施例中的第一可調(diào)諧激光器TLS1發(fā)出的激光的頻率與第二可調(diào)諧激光器TLS2發(fā)出的激光的頻率相差不超過50GHz，當(dāng)需要將兩束相差不超過50GHz頻率間隔的激光鎖定在同一F-P腔的腔體上時，現(xiàn)有技術(shù)存在明顯的不足，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：(1)無法區(qū)分頻率間隔不超過50GHz的兩束激光，當(dāng)兩束激光的頻率間隔很大時，可以通過光柵或者其他分光元件實現(xiàn)兩束激光的分離，但是，當(dāng)兩束激光的頻率間隔在0-50GHz時，采用分光元件已經(jīng)無法區(qū)分兩束激光。(2)無法避免頻率間隔不超過50GHz的兩束激光的混頻，穩(wěn)頻激光均為窄線寬激光器，相干性好，頻率間隔不超過50GHz的兩束激光在腔體和光路上可能產(chǎn)生混頻，導(dǎo)致穩(wěn)頻失敗。
如圖1所示，將光開關(guān)的K2和電開關(guān)的K3斷開，將光開關(guān)的K1和電開關(guān)的K4接入光路，第一可調(diào)諧激光器TLS1發(fā)出的一束激光經(jīng)光開關(guān)的K1端接入光路，激光經(jīng)光開關(guān)的輸出端輸出后進(jìn)入電光調(diào)制器EOM移頻，移頻后的激光經(jīng)偏振分光鏡PBS分為兩路，一路經(jīng)λ/4玻片入射至F-P腔，經(jīng)F-P腔反射后經(jīng)過λ/4玻片，并再次經(jīng)過偏振分光鏡PBS反射至光電探測器PD，另一路直接入射至光電探測器PD，射頻信號源RF發(fā)出的射頻信號進(jìn)入電光調(diào)制器EOM以激勵電光調(diào)制器EOM，射頻信號源RF發(fā)出的射頻信號還與光電探測器PD的輸出信號一起經(jīng)混頻器Mixer后輸入至比例積分電路PID，比例積分電路PID的輸出端連接電開關(guān)的輸入端，電開關(guān)的K4端經(jīng)信號處理單元1連接第一可調(diào)諧激光器TLS1；信號處理單元1，一方面用于調(diào)節(jié)第一可調(diào)諧激光器TLS1的腔長，將第一可調(diào)諧激光器TLS1的頻率鎖定在F-P腔，另一方面進(jìn)行差頻信號的保持，在整個光路斷開時，實現(xiàn)保持第一可調(diào)諧激光器TLS1的腔長不變。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過本實施例的上述描述，利用現(xiàn)有技術(shù)可以實現(xiàn)上述的信號處理單元1，在此就不再贅述。
如圖1所示，將光開關(guān)的K1和電開關(guān)的K4斷開，將光開關(guān)的K2和電開關(guān)的K3接入光路，第二可調(diào)諧激光器TLS2發(fā)出的一束激光經(jīng)光開關(guān)的K2端接入光路，激光經(jīng)光開關(guān)的輸出端輸出后進(jìn)入電光調(diào)制器EOM移頻，移頻后的激光經(jīng)偏振分光鏡PBS分為兩路，一路經(jīng)λ/4玻片入射至F-P腔，經(jīng)PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)控制第二可調(diào)諧激光器TLS2，另一路入射至光電探測器PD，射頻信號源RF發(fā)出的射頻信號進(jìn)入電光調(diào)制器EOM以激勵電光調(diào)制器EOM，射頻信號源RF發(fā)出的射頻信號還作為混頻器Mixer的本振信號與光電探測器PD的輸出信號一起經(jīng)混頻器Mixer后輸入至比例積分電路PID，比例積分電路PID的輸出端連接電開關(guān)的輸入端，電開關(guān)的K3端經(jīng)信號處理單元2連接第二可調(diào)諧激光器TLS2；信號處理單元2，一方面用于調(diào)節(jié)第二可調(diào)諧激光器TLS2的腔長，將第二可調(diào)諧激光器TLS2的頻率鎖定在F-P腔，另一方面進(jìn)行差頻信號的保持，在整個光路斷開時，實現(xiàn)保持第二可調(diào)諧激光器TLS2的腔長不變。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過本實施例的上述描述，利用現(xiàn)有技術(shù)可以實現(xiàn)上述的信號處理單元2，在此就不再贅述。
光開關(guān)和電開關(guān)進(jìn)行“將光開關(guān)的K2和電開關(guān)的K3斷開，將光開關(guān)的K1和電開關(guān)的K4接入光路”和“將光開關(guān)的K1和電開關(guān)的K4斷開，將光開關(guān)的K2和電開關(guān)的K3接入光路”的切換，光開關(guān)和電開關(guān)的切換頻率在kHz量級?？梢允褂谜麄€穩(wěn)頻系統(tǒng)的伺服信號來連接光開關(guān)和電開關(guān)，光開關(guān)和電開關(guān)之間經(jīng)信號電纜連接，以實現(xiàn)光開關(guān)和電開關(guān)的同步切換控制。光開關(guān)和電開關(guān)的切換頻率高于第一可調(diào)諧激光器TLS1內(nèi)部的壓電陶瓷的調(diào)節(jié)速率，光開關(guān)和電開關(guān)的切換頻率高于第二可調(diào)諧激光器TLS2內(nèi)部的壓電陶瓷的調(diào)節(jié)速率，以保證穩(wěn)頻的實現(xiàn)。因F-P腔容易受到外界環(huán)境溫度的影響，本實施例中還包括溫控探頭和溫控系統(tǒng)，溫控探頭設(shè)置于F-P腔中，溫控探頭信號連接溫控系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)控制F-P腔的溫度，以確保F-P腔的穩(wěn)定。本實施例的上述基于分時復(fù)用的共腔穩(wěn)頻裝置，通過分時復(fù)用的方式，將第一可調(diào)諧激光器TLS1和第二可調(diào)諧激光器TLS2分別發(fā)出兩束頻率間隔不超過50GHz的激光鎖定在同一F-P腔的腔體上進(jìn)行PDH穩(wěn)頻；除此之外，本實施例的上述基于分時復(fù)用的共腔穩(wěn)頻裝置，還可以將一可調(diào)諧激光器TLS1或第二可調(diào)諧激光器TLS2中的一個調(diào)諧激光器的頻率固定不變，對另一個調(diào)諧激光器進(jìn)行掃頻處理，從而可以得到不同頻率的光外差信號。
當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。