[发明专利]基于声光移频的双边缘稳频激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光稳频（激光频率稳定）领域，尤其涉及采用斜边锁定的激光稳频方法。

背景技术

激光具有很好的单色性，即激光频谱带宽非常窄，可极好地与原子、分子等物质产生相互作用，用于研究物质的特性、结构、变化等特征，如激光雷达、激光光谱等。然而，激光的输出频率（波长）常常会受到外界环境因素的影响，如温度、密度、机械振动等等，这些细微变化会影响激光输出频率改变，而这种频率微小变化直接会影响到被探测参量的精度和准确性，因此，高光谱分辨观测应用常常采用主/被动激光稳频技术。

主动激光稳频方式主要有中心峰值稳频和边缘斜率稳频两种，前者通过微小频率调制将激光输出频率锁定在鉴频光谱线的峰值或者谷值处（如：Long term laser frequency control for applications in atomic physics, Measurement Science and Technology, V11:N111~N116, 2000; 铯分子饱和吸收谱的半导体激光器稳频，中国激光，37(5):1182~1185,2010）；后者则利用鉴频光谱线（或标准具）单个斜边的斜率将激光输出频率锁定在斜边某一频率点上（如：Stabilization of diode laser frequency to atomic transitions, Optica Applicata, XXXIV(4): 607~618,2004; 注入锁定激光器的边带锁频技术稳频系统优化分析，光学学报，37(9):1748~1752, 2008）。

单边缘斜边锁定方式的频率基准是基于稳定的光谱线线型，然而，实际的原子分子光谱谱线会随着温度、压力等外界环境的变化而产生谱线宽度展宽和斜率改变，因此这种单边缘斜边稳频方式对光谱线的环境温度稳定性要求极高，微小的温度变化都会对激光输出频率产生较大频率偏移，使得这种单斜边稳频方式的频率稳定度和精度难以提高。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于声光移频的双边缘稳频激光器，利用声光调制器将中心峰值频率为f_L的输入激光频移到f_L’(f_L’= f_L+Δf)上，然后将f_L和f_L’两束不同频率激光同时送入鉴频器的双斜边上，同时鉴别这两束光的频率变化，实现输入激光的高精度频率稳定；通过改变声光移频器的频率大小，可实现锁定输出激光频率在斜边的不同频率点，满足不同实际需求。与现有技术相比，本发明的优点是利用双边缘斜率同时检测两激光频率，消除光谱线线型受环境温度影响的缺陷，有效提高激光输出频率的长期稳定度和精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于声光移频的双边缘稳频激光器由激光器；两个分束镜；声光移频器；准直透镜；鉴频器；四个光电探测器；采样卡；计算机及激光驱动器组成；其中：激光器、第一分束镜、声光移频器、准直透镜、第二分束镜、鉴频器和第二光电探测器依次排列，激光器、声光移频器、准直透镜和第二光电探测器同光轴，第二光电探测器的光敏面位于声光移频器零级光光轴的中心，第一分束镜和第二分束镜均与光轴呈45度角，声光移频器的零级和一级光均穿过鉴频器，第一光电探测器放置于鉴频器的后面，其光敏面位于声光移频器一级光光轴的中心，第三光电探测器的光敏面位于第二分束镜反射方向零级光光轴的中心，第四光电探测器的光敏面位于第二分束镜反射方向一级光光轴的中心；第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器和第四光电探测器的输出信号分别与多通道采样卡的输入端连接，采样卡的输出端与计算机连接，计算机与激光驱动器的输入端连接，激光驱动器控制激光器的波长。

本发明的优点和效果：

基于声光移频的双边缘稳频激光器实现对激光器输出激光频率精确、长期稳定地锁定在鉴频光谱线的设定频率点上，具有如下特点：激光的输出频率已知，偏离中心峰值频率f₀的Δf/2处，具有稳频精度高；改变声光移频器的频移量(Δf)，可以稳定激光输出频率在不同的频率点上，满足不同频率输出要求；利用双边缘斜边稳频方法，有效降低环境温度对光谱线谱型的影响，提高鉴频器的环境适应能力。

附图说明

图1 为基于声光移频的双边缘稳频激光器的结构示意图。