[发明专利]利用扫描共焦腔F-P干涉仪实现激光偏频锁定的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光频率锁定技术，具体涉及一种利用扫描共焦腔F-P干涉仪实现两个或者多个激光之间的偏频锁定方法，其主要用于需要精确控制多个激光器波长的系统，如差分吸收激光雷达系统。

背景技术

差分吸收激光雷达系统中往往需要多个频率稳定的激光光源，一些激光波长处于分子或者原子吸收谱线内，另外一些处于原子吸收谱线外。处于吸收谱线内的激光我们可以通过PDH（Pound-Drever-Hall）等现有成熟方法进行锁定，但是处于吸收谱线外的激光锁定比较困难。常规方法通过声光或者电光等激光移频设备把频率移到吸收谱线内进行锁定，这种方法的缺点为移频范围有限，而且需要非常多的射频元件（频率大于1GHz），成本高，技术复杂。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种利用扫描共焦腔F-P干涉仪及时间测量技术的偏频锁定方法，原理如下：

首先主激光器利用目前成熟的绝对频率稳定技术进行稳频。稳频后的激光入射至一被压电扫描的F-P腔内，从F-P腔输出的信号作为绝对频率参考；然后把从激光器（被偏频锁定激光器）出射光也入射进F-P腔，此时出射信号和主激光器的出射信号之间有时间先后关系，通过测量这个时间变化来监控从激光器频率变化，并反馈给控制系统，对从激光器进行稳频。同理，可以可得，多台从激光器也可以用一样的方法进行锁定。

信号波形如图1所示，t0为波长为λ₁的激光峰值出现时间，R0为波长为λ₁的激光峰值出现时对应的F-P腔长，t1为波长为λ₂的激光峰值出现时间，R1为波长为λ₂的激光峰值出现时对应的F-P腔长变化，设压电陶瓷的扫描速度为V_s，则：

kλ₁＝2R₀  （1）

kλ₂＝2R₁  （2）

R₁-R₀＝V_s(t₁-t₀)  （3）

（2）式减去（1），（3）带入（1）式得V_s已知，t₁-t₀可以通过测量得到，则还需知道k才能求出波长的变化，由于对于一个特定的F-P腔，k为定值，我们可以用两束已知波长的激光入射F-P干涉仪，这样λ₂-λ₁已知，t₁-t₀可以测量得到，k值就能通过计算得到，之后就能测量其它波长激光的波长变化量。

所述主激光器采用常规绝对频率稳定方法。如利用分子或原子的吸收谱线以及其它频率参考作为绝对参考源，利用PDH技术对主激光器进行频率稳定。

所述F-P腔的输出信号由一光电探测器接收，并由TDC时间测量芯片进行时间测量。

所述主激光器激光经过F-P腔后输出信号中包含两个尖峰。两个尖峰出现的时间作为绝对频率参考。

所述F-P腔内包含可扫描腔长的PZT（压电陶瓷），压电陶瓷上加一锯齿波扫描信号，对F-P腔进行扫描。

所述F-P腔包含入射光阑和出射光阑，用于抑制杂光和激光器本身的高阶模激光。

所述从激光器为需要偏频锁定的激光器，其频率可调谐，从激光器可以是一个或者多个。

所述从激光器出射信号同样包含两个尖峰。

所述从激光器出射信号和主激光器的出射信号之间有时间先后关系是指主激光器出射信号峰值与从激光器出射信号峰值之间有时间差。

所述控制系统为常规PID控制系统。

本发明的有益效果是，由于偏频测定是由纯光学器件完成，因此不需要任何射频器件和射频设备就能使从激光器和主激光器之间的偏频到GHz甚至更高的频率，而且就一套设备就可以对多个激光进行偏频锁定，极大的减少了元件数量，降低了系统的复杂性，并且本方案可以应用在几乎所有的光学频率。

附图说明

图1为主、从激光器激光同时经过F-P干涉仪输出的信号。

图2为本发明的装置示意图。

图3为主激光器激光经过F-P干涉仪输出的信号。

具体实施方式