基于热电制冷和声光移频的双纵模激光器互锁方法和装置

摘要

基于热电制冷和声光移频的双纵模激光器互锁方法和装置属于激光应用技术领域，本发明采用声光移频技术将多台基于热电制冷的双纵模激光器的输出激光频率锁定于同一台参考双纵模稳频激光器的输出激光频率上，从而使所有激光器输出激光具有统一的频率值，目的是解决传统稳频激光器相互之间的频率一致性较低的不足，为超精密激光干涉测量提供一种新型的激光光源。

主权项

一种基于热电制冷和声光移频的双纵模激光器互锁方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）开启参考双纵模稳频激光器的电源，经过预热和稳频过程后，激光器输出正交偏振的两个纵模光，利用偏振分光镜分离出其中一个纵模光作为参考双纵模稳频激光器的输出光，其光波频率记为ν_r，此输出光由光纤分束器分离成n≥1路，记为光束X_i(i=1,2,…,n)，分别作为双纵模激光器L_i(i=1,2,…,n)频率锁定的参考光束；（2）开启双纵模激光器L_i(i=1,2,…,n)的电源，所有双纵模激光器同时进入预热过程，测量当前环境的温度值，设定预热的目标温度T_set，且T_set高于环境温度，利用热电制冷器对激光器内部的激光管进行加热，使激光管的温度趋于预先设定的温度值T_set并达到热平衡状态，在此基础上根据预热算法微调热电制冷器的工作电流的正负和大小，使激光管主输出端和副输出端的激光包括正交偏振的两个纵模光； （3）预热过程结束后，双纵模激光器L_i(i=1,2,…,n)进入稳频控制过程，利用渥拉斯顿棱镜将其内部激光管副输出端的正交偏振的两个纵模光分离，其光功率P_i¹(i=1,2,…,n)和P_i²(i=1,2,…,n)由二象限光电探测器测量得出，稳频控制模块计算出两个纵模光的功率之差 ΔP_i=P_i¹–P_i²(i=1,2,…,n)，并根据ΔP_i(i=1,2,…,n)的正负和大小调整热电制冷器工作电流的正反和大小，使ΔP_i(i=1,2,…,n)趋于零，进而使激光的频率趋于稳定数值；（4）利用偏振分光镜分离出激光管主输出端激光中的一个纵模光，记为光束T_i(i=1,2,…,n)，其频率记为ν_i(i=1,2,…,n)，光束T_i(i=1,2,…,n)分别进入驱动频率为f_i(i=1,2,…,n)的声光移频器S_i(i=1,2,…,n)进行移频，其对应的输出激光的频率记为ν_i+ f_i(i=1,2,…,n)，此激光再由分光镜分为强度比为9:1的两部分光，其中强度相对较大的部分光记为光束Z_i(i=1,2,…,n)，作为双纵模激光器L_i(i=1,2,…,n)的输出激光，强度相对较小的部分光记为光束Y_i(i=1,2,…,n)；（5）将光束X_i(i=1,2,…,n)分别与光束Y_i(i=1,2,…,n)进行光学混频形成光学拍频信号，利用光电探测器将光学拍频信号转换为电信号，其频率值Δν_i=ν_i+f_i–ν_r(i=1,2,…,n)由频率测量模块测得，频率调整模块根据测量得到的光学拍频信号的频率值Δν_i(i=1,2,…,n)，计算得出光束X_i(i=1,2,…,n)和Y_i(i=1,2,…,n)的频率差值ν_r–ν_i=f_i–Δν_i(i=1,2,…,n)，并将声光移频器S_i(i=1,2,…,n)的驱动频率f_i(i=1,2,…,n)调整为ν_r–ν_i(i=1,2,…,n)，从而使双纵模激光器L_i(i=1,2,…,n)输出光束Z_i(i=1,2,…,n)的频率等于参考光束X_i(i=1,2,…,n)的频率，即ν_i+ f_i  = ν_r(i=1,2,…,n)；（6）循环重复步骤（4）到（5），通过调整声光移频器S_i(i=1,2,…,n)的工作频率f_i(i=1,2,…,n)，使双纵模激光器L_i(i=1,2,…,n)的输出激光Z_i(i=1,2,…,n)的频率始终锁定于同一频率值ν_r。