专利名称：一种锁相激光稳频方法
技术领域：
本发明涉及激光稳频，特别涉及一种锁相激光稳频。
背景技术：
目前的激光稳频方法可分为差分稳频和锁相稳频。
差分稳频的方法是让激光器的输出频率位于稳频基准源的斜坡上(吸收峰斜坡、透射峰斜坡等)，从输出激光中分出两束，其中一束激光经稳频基准源鉴频，获得出射激光强度I1，调节另一束激光的强度I2，使之接近I1，以I1和I2的差值作为误差信号，负反馈锁定激光器的输出频率。差分稳频的优点是不存在激光频率和强度的附加调制，其不足之处在于稳频电路处于直流工作状态，频率的稳定点容易发生漂移。
锁相稳频的方法是将可调谐激光器的输出光经分束镜分出一部分输入到稳频基准源；调制信号源输出的正弦波调制信号施加到激光器的调谐驱动器，光电探测器接收从稳频基准源发出(或透射)的光信号；将调制信号源输出的与调制信号同频同相的方波信号，与光电探测器上获得的信号一同输入到相敏检波器；以相敏检波器的输出电压作为误差信号，经调谐驱动器对可调谐激光器进行负反馈调节控制，使得输出激光被锁定在目标频率点上。锁相稳频的优点是可以使频率中心无漂移的锁定在稳频基准源的峰值点上，其不足之处在于调制的引入使得激光频率产生附加调制，同时还通常伴有激光强度的附加调制。
总之，现有稳频方法无法得到既无频率和强度附加调制，又无漂移的激光稳频效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种锁相激光稳频方法，该稳频方法是将调制信号施加到稳频基准源上，而不是施加到激光器的调谐驱动器上，没有对激光器进行调制，使得输出激光没有频率和强度的附加调制；由于采用调制信号源的峰值作为频率基准，使得输出激光无频率漂移。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种锁相激光稳频方法用分束镜将可调谐激光器的输出光分为两束，透射光直接输出，反射光输入到稳频基准源；调制信号源输出幅度为A、频率为fT的正弦波调制信号施加到稳频基准源上，使得稳频基准源的峰值频率在目标频率点v0的左右v-和v+之间振动，稳频基准源发出(或透射)的光照射到光电探测器，光电探测器将获得与调制信号的频率或相位不同的信号；将调制信号源输出的与调制信号同频同相的方波信号，与光电探测器上获得的信号一同输入到相敏检波器；如果激光频率v正好等于v0，则相敏检波器输出电压为零；如果激光频率v偏向v-，则相敏检波器输出电压小于零；如果激光频率v偏向v+，则相敏检波器输出电压大于零，以相敏检波器的输出电压作为误差信号，经调谐驱动器对可调谐激光器进行负反馈调节控制，使得输出激光被锁定在v0的频率点上。
本发明的优点和效果本发明使激光器输出的激光频率和强度既无漂移又无附加调制。
图1为一种锁相激光稳频装置的结构示意图。
其中1可调谐激光器、2分束镜、3稳频基准源、4光电探测器、5调制信号源、8相敏检波器、9调谐驱动器。
图2激光处于不同频率点时的相敏检波原理图。
图2a激光处于目标频率点时的相敏检波原理图；图2b激光略微低于目标频率点时的相敏检波原理图；图2c激光远低于目标频率点时的相敏检波原理图；图2d激光略微高于目标频率点时的相敏检波原理图；图2e激光远高于目标频率点时的相敏检波原理图。
其中10调制信号、11稳频基准源曲线、12激光频率位于目标频率点时探测器上的信号、13激光频率略微低于目标频率时探测器上的信号、14激光频率远低于目标频率时探测器上的信号、15激光频率略微高于目标频率时探测器上的信号、16激光频率远高于目标频率时探测器上的信号。
图3为稳频基准源曲线与误差信号的关系。
其中17频率误差曲线。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明本发明的结构是如图1所示，在可调谐激光器1的输出光路上放置分束镜2，分束镜2的反射光路上按顺序同轴放置稳频基准源3和光电探测器4，光电探测器4的输出电信号送到相敏检波器8；调制信号源5输出的正弦波信号施加到稳频基准源3上；调制信号源5输出的方波信号送到相敏检波器8，相敏检波器8输出的误差信号送到调谐驱动器9，调谐驱动器9的输出信号施加到可调谐激光器1。
下面结合附图描述本发明的工作过程，由图1、图2、图3可知，用分束镜2将可调谐激光器1的输出光分为两束，透射光直接输出，反射光输入到稳频基准源3；调制信号源5输出幅度为A、频率为fT的正弦波调制信号10施加到稳频基准源3上；稳频基准源3在调制信号10的作用下，其峰值频率在目标频率点v0的左右v-和v+之间振动，稳频基准源3发出(或透射)的光照射到光电探测器4。如果激光频率v正好等于v0，光电探测器4上将获得信号12，信号12是调制信号10的二倍频；如果激光频率v略微偏向v-，光电探测器4上将获得信号13，信号13是调制信号10的二倍频，且相位比信号12超前；如果激光频率v大大偏向v-，光电探测器4上将获得与调制信号10同频同相的信号14；如果激光频率v稍微偏向v+，光电探测器4上将获得信号15，信号15是调制信号10的二倍频，且相位比信号12滞后；如果激光频率v大大偏向v+，光电探测器4上将获得与调制信号10同频反相的信号16。将调制信号源5输出的与调制信号10同频同相的方波信号，连同光电探测器4上获得信号一同输入到相敏检波器8。当光电探测器4上的信号为12时，相敏检波器输出电压为零；当光电探测器4上的信号为13或14时，相敏检波器输出电压小于零；当光电探测器4上的信号为15或16时，相敏检波器输出电压大于零，由此获得图3所示的频率误差曲线17，依此作为误差调节控制信号，经调谐驱动器9对可调谐激光器1进行负反馈调节控制，使可调谐激光器1的输出激光频率被锁定在目标频率点v0处，以达到稳频目的。
与本发明相适应的稳频基准源稳频基准源3可选择原子塞曼效应器件、法拉第效应器件、或由原子蒸汽泡与声光晶体联合器件等具有一定可调谐性的器件(或系统)作为激光稳频的基准源。若想获得更大稳频频率调节范围，还可以选择带有频率调制的F-P标准具作为稳频参考源。
权利要求
1.一种锁相激光稳频方法，用分束镜(2)将可调谐激光器(1)的输出光分为两束，透射光直接输出，反射光输入到稳频基准源(3)；光电探测器(4)接收从稳频基准源(3)发出或透射的光信号；将调制信号源(5)输出的方波信号与光电探测器(4)上获得的信号一同输入到相敏检波器(8)；以相敏检波器(8)的输出电压作为误差信号，经调谐驱动器(9)对可调谐激光器(1)进行负反馈调节控制，使得输出激光被锁定在目标频率点上，目标频率点可以通过调节直流源(6)的输出值进行调节，其特征在于，调制信号源(5)输出的调制信号施加到稳频基准源(3)上。
全文摘要
本发明公开了一种锁相激光稳频方法，该方法通过锁相激光稳频装置实现，该装置由可调谐激光器(1)、分束镜(2)、稳频基准源(3)、光电探测器(4)、调制信号源(5)、相敏检波器(8)和调谐驱动器(9)组成。本发明的特征是将调制信号源(5)输出的调制信号施加到稳频基准源(3)上，使得激光频率锁定在目标频率点上。其优点在于输出激光既无频率漂移，又没有频率和强度的附加调制。
文档编号H01S3/13GK1632994SQ20041006109
公开日2005年6月29日 申请日期2004年11月12日 优先权日2004年11月12日
发明者李发泉, 王玉平, 程学武, 高克林, 龚顺生 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所