[发明专利]一种激光信号自动锁频方法、系统及装置

说明书

本发明提供一种激光信号自动锁频方法、系统及装置，方法包括：对激光器进行温度扫频操作，直到采集到有效的误差信号，所述误差信号为激光器输出频率与铷原子跃迁频率之间的误差；输出三角波电压信号驱动激光器，得到误差‑频率曲线，所述误差‑频率曲线表征激光器输出频率与误差之间的关系；当所述误差‑频率曲线到达尖峰处时，开启PID控制，实时调整所述三角波电压信号，使误差‑频率曲线停留在零点处，以控制激光器输出频率与铷原子跃迁频率保持一致。本发明提供的锁频方法，主要优点在于：误差信号尖锐，锁频效果好；体积小，功耗低，便于集成；具备自动锁频功能，有助于提高冷原子系统工程化水平。

技术领域

本发明涉及激光控制技术领域，更具体地，涉及一种激光信号自动锁频方法、系统及装置，适用于各冷原子干涉系统的应用场景。

背景技术

参见图1为冷原子干涉系统的转移调制原理示意图，如图1所示，激光经过调制后，得到频率为ω_c、ω_c+α、ω_c-α的三束调制光。它和另一束频率ω_c的原始光对向射入充满铷原子(二能级原子，跃迁频率ω_r)的气室后，按照四波混频理论，当激光器频率ω_c和铷原子的跃迁频率ω_r很接近时，会发生调制转移现象，出射光信号中除了入射的原始光ω_c之外，还会出现ω_r+α频率的光信号，即调制频率向跃迁频率发生了转移。

由于激光器频率和铷原子的跃迁频率很接近，出射光中这两个频率的光信号会继续发生干涉，并经过PD探测后，得到频率的电信号，进一步与频率为a的电信号进行混频后，实现解调。最终得到的误差信号只与激光器频率w_c和铷原子的跃迁频率w_r的差值相关。

发明内容

基于现有技术，提供一种激光信号自动锁频方法、系统及装置，使得误差信号始终保持为零点。

根据本发明的第一方面，提供了一种激光信号自动锁频方法，包括：

对激光器进行温度扫频操作，直到采集到有效的误差信号，所述误差信号为激光器输出频率与铷原子跃迁频率之间的误差；

输出三角波电压信号驱动激光器，得到误差-频率曲线，所述误差-频率曲线表征激光器输出频率与误差之间的关系；

当所述误差-频率曲线到达尖峰处时，开启PID控制，实时调整所述三角波电压信号，使误差-频率曲线停留在零点处，以控制激光器输出频率与铷原子跃迁频率保持一致。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述对激光器进行温度扫频操作，直到采集到有效的误差信号，包括：

对激光器进行温度扫频操作，使得激光器的输出频率保持在设定范围内；

所述输出三角波电压信号驱动激光器，得到误差-频率曲线，包括：

不断调整三角波电压信号，使得激光器的输出频率在所述设定范围内变化，并得到误差信号随激光器输出频率变化的误差-频率曲线。

可选的，所述开启PID控制，实时调整所述三角波电压信号，使误差-频率曲线停留在零点处，以控制激光器输出频率与铷原子跃迁频率保持一致，包括：

通过PID实时调整所述三角波电压信号，并基于误差-频率曲线采集对应的误差信号，基于所述误差信号，不断调整所述三角波电压信号，使得所述误差信号始终保持零点。

根据本发明的第二方面，提供一种激光信号自动锁频系统，包括：

采集模块，用于对激光器进行温度扫频操作，直到采集到有效的误差信号，所述误差信号为激光器输出频率与铷原子跃迁频率之间的误差；