[发明专利]一种用于半导体激光器的小型化饱和吸收光谱装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光频率稳定装置，特别是一种用于半导体激光器的饱和吸收光谱装置。

背景技术

自1962年第一支半导体激光管问世以来，半导体激光器有了很大的发展。半导体激光器具有体积小、频率高、结构简单、价格便宜、便于调谐等优点，在激光光谱、量子频标、原子传感等基础研究领域越来越发挥重要作用。

半导体激光器自由运转时：环境温度、振动、温控仪温度起伏、注入电流的波动以及其他干扰，均会导致半导体激光器的频率发生漂移和跳动，激光频率的长期稳定性较差。为解决激光频率长期漂移的问题，可以利用腔的共振透射峰或者原子、分子的跃迁线作为参考频率对激光器进行稳频。饱和吸收光谱稳频是利用原子跃迁线作为参考频率实现半导体激光频率稳定的方法之一。但是目前饱和吸收光谱装置大部分都是利用分立元器件搭建而成，体积、稳定度较差。因此迫切需要获得一种结构简单、精度高、体积小且性能稳定的饱和吸收光谱装置。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于半导体激光器的小型化饱和吸收光谱装置，该装置采用小型化、集成化设计，并结合加热片实现碱金属原子气室的温度控制，有效降低了饱和吸收光谱系统的体积，免去光路调谐，提高了饱和吸收光谱信号的幅度和对比度。

本发明的技术方案是：一种用于半导体激光器的小型化饱和吸收光谱装置，包括物理系统和电路系统；物理系统用于实现光与原子的相互作用，电路系统用于实现对外部饱和吸收信号的探测和对碱金属原子气室的加热控温。

所述物理系统包括光电探测器、偏振分束棱镜、碱金属原子气室、四分之一波片和零度反射镜；光电探测器、偏振分束棱镜、碱金属原子气室、四分之一波片和零度反射镜从左至右依次放置，并保证在同一轴线上；装置接收光信号后传送至偏振分束棱镜，其中S偏振激光被偏振分束棱镜反射后作为饱和吸收光谱的泵浦光传送至碱金属原子气室；之后分别通过、四分之一波片并经零度反射镜反射后，原路返回再次通过四分之一波片和衰减片后偏振变为P偏振并作为饱和吸收光谱的探测光传送到碱金属原子气室，最后透过偏振分束棱镜传送至光电探测器实现对饱和吸收光谱的探测。

还包括安装在碱金属原子气室的同一侧的加热片和温度传感器，用于对碱金属原子气室的自动控温，以提高饱和吸收光谱信号的幅度和对比度。

还包括放置于四分之一波片之前的衰减片，用于将功率较大的泵浦光衰减后作为探测光，实现对饱和吸收光谱信号的探测。

所述电路系统由信号采集处理电路和气室温控电路；信号采集处理电路与光电探测器相连，用于获得饱和吸收光谱；气室温控电路与加热片、温度传感器相连，用于采集和控制碱金属原子气室的温度。

物理系统和电路系统采用集成一体化设计。

所述一种用于半导体激光器的小型化饱和吸收光谱装置还包括有外壳，并采用聚四氟乙烯绝热材料。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明采用采用集成化设计，同时集成物理系统和电路系统，结构紧凑，有效减小饱和吸收光谱装置的体积；

(2)本发明/所有光学器件不需安装调试，提高了饱和吸收光谱装置的稳定性；

(3)本发明可通过入光孔定位入射激光，即插即用，便携方便。

附图说明

图1是本发明系统连接与结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

本发明系统连接与结构如图1所示，本发明提供的用于半导体激光器的小型化饱和吸收光谱装置分为物理系统和电路系统两部分，两部分之间通过导线连接。物理系统由光电探测器101、偏振分束棱镜102、加热片103、碱金属原子气室104、温度传感器105、衰减片106、四分之一波片107和零度反射镜108组成，用于实现光与原子相互作用。电路系统由信号采集处理电路201和气室温控电路202组成，用于实现对饱和吸收信号的探测和对碱金属原子气室104的加热控温。

激光器输出激光经过本发明饱和吸收装置外壳的入光孔后传送至偏振分束棱镜102，其中S偏振激光被偏振分束棱镜102反射后作为饱和吸收光谱的泵浦光传送至碱金属原子气室104；之后分别通过衰减片106、四分之一波片107并经零度反射镜108反射后，原路返回再次通过四分之一波片107和衰减片106后偏振变为P偏振并作为饱和吸收光谱的探测光传送到碱金属原子气室104，最后透过偏振分束棱镜102传送至光电探测器101实现对饱和吸收光谱的探测。

其中：