专利名称：基于法布里-珀罗腔的非调制2μm激光稳频方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于法布里-珀罗腔的非调制2 μ m激光稳频方法和装置，属于激光应 用技术领域。
背景技术：
2 μ m位于大气传输窗口，处于人眼安全波段，是激光雷达探测大气污染，测量空气 中CO2、水蒸气分子的含量和测量风速的重要波长。激光雷达的激光频率稳定性是其重要的 技术指标，它直接影响测量的精度，采用激光稳频技术的多普勒相干测风激光雷达，其测量 精度将大大提高。目前，2 μ m激光稳频主要采用的方法是使用法布里-珀罗腔(F-P腔)的 透射谱线作为参考来稳定激光频率的边带调制稳频法(PDH)，该方法首先利用光电相位调 制器对激光频率进行调制，产生分布在激光频率两侧、幅度相等但位相相反的两个边带。当 激光频率发生变化偏离标准频率时，两个边带经过法布里_珀罗腔反射后振幅和位相的变 化是不相同的，则差拍信号不能完全抵消，探测器上会输出一个频率为调制频率的信号，此 信号可以用来产生鉴频信号，从而将激光器的频率锁定在法布里_珀罗腔上，达到稳频的 效果。基于法布里_珀罗腔的边带调制稳频法的主要缺点是2 μ m电光相位调制器价格昂 贵，在2 μ m波段附近调制效果差，调制深度小，很难获得频率偏差信号，因此无法得到很好 的稳频效果。
发明内容
本发明克服了基于法布里-珀罗腔的2 μ m激光边带调制稳频法中对电光相位调 制器性能的依赖，从而无需对激光频率进行调制，即可实现2 μ m激光频率的稳定。本发明提供了一种基于共焦法布里_珀罗腔的非调制2 μ m激光稳频方法，技术方 案如下本发明的装置包括2 μ m单块非平面环形腔激光器(1)、光隔离器(2)、第一偏振 分光棱镜(3)、1/2波片(4)、第二偏振分光棱镜(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、第三 反射镜(8)、共焦法布里-珀罗腔(9)、第一光电探测器(10)、第二光电探测器(11)、P-I控 制电路(12)、驱动电压器(13)、压电陶瓷(14)和LD泵浦源(15)。所述2 μ m单块非平面环形腔激光器⑴输出的光束为波长为2 μ m的单频光束； 所述第一偏振分光棱镜(3)、第二偏振分光棱镜(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)与入 射光夹角均为η/4并固定于支架上；所述1/2波片(4)与入射光夹角为η/2并固定于支 架上；所述第三反射镜(8)可绕中心轴旋转，其旋转角度可通过螺丝固定；所述共焦法布 里_珀罗腔(9)内两光线L1与L2夹角为θ。本发明是这样实现的第一光电探测器(10)和第二光电探测器(11)与P-I控制 电路(12)连接，P-I控制电路(12)与驱动电压器(13)连接，驱动电压器(13)连接压电陶 瓷(14)，压电陶瓷(14)粘着于2 μ m单块非平面环形腔激光器(1)的一个面上。2 μ m单块 非平面环形腔激光器⑴发出的激光经光隔离器⑵后，由第一偏振分光镜⑶分束，一路光沿原传播方向继续传播，用作检测光，另一路光沿与原传播方向垂直的方向传播，经1/2 波片(4)、第二偏振分光镜(5)，旋转1/2波片(4)使得第二偏振分光镜(5)分出的两路光 的光功率相等，其中沿共焦法布里_珀罗腔(9)轴线方向传播的为L2，旋转第三反射镜(8) 使得另一路光L1沿与共焦法布里-珀罗腔(9)轴线呈θ夹角的方向传播。L1与L2在共焦法布里_珀罗腔(9)内光程不同，光程差使得透射的Lp L2存在频 率差Δ ν，由于共焦法布里-珀罗腔(9)对不同的频率光透射率也不同，因此透射后的L1和 L2光功率不同，经第一光电探测器(9)和第二光电探测器(11)转换成的电流值也不同，两 者作差，得到电流差Δ I。若此时激光的波长为2μm，则L1具有最大透过率(可通过设计共 焦法布里-珀罗腔(9)的腔长来实现)，通过选定特定夹角θ，可使此Δ I得到较小且趋近 0的值。在θ角固定的情况下，激光频率的变化会使Δν增大，从而导致ΔΙ增大，将电流 差信号传递给P-I控制电路(12)，P-I控制电路(12)处理增大的Δ I信号，并控制驱动电 压器(13)，驱动压电陶瓷(14)使2 μ m单块非平面环形腔激光器(1)的腔长发生变化，使变 化了的激光频率回归到之前的状态，达到稳频的效果。本发明结构简单，成本低廉，工作可靠，可以获得良好的2 μ m激光稳频效果。
图1是本发明的原理图；图中，1-2 μ m单块非平面环形腔激光器，2-光隔离器，3-第一偏振分光棱镜， 4-1/2波片，5-第二偏振分光棱镜，6-第一反射镜，7-第二反射镜，8-第三反射镜，9-共焦 法布里_珀罗腔，10-第一光电探测器，11-第二光电探测器，12-P-I控制电路，13-驱动电 压器，14-压电陶瓷，15-LD泵浦源。
具体实施例方式如图1所示，本发明装置由激光光路(粗实线部分)和控制电路(细实线部分) 构成。本发明的装置包括2μπι单块非平面环形腔激光器(1)、光隔离器(2)、第一偏振分光 棱镜(3)、第二偏振分光棱镜(5)、1/2波片(4)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、第三反射 镜(8)、共焦法布里-珀罗腔(9)、第一光电探测器(10)、第二光电探测器(11) ,P-I控制电 路(12)、驱动电压器(13)、压电陶瓷(14)和泵浦的LD激光器(15)。将压电陶瓷(14)粘着于2μπι单块非平面环形腔激光器(1)的一个面上，2μπι单 块非平面环形腔激光器(1)输出的光束为波长为2 μ m的单频光束；旋转1/2波片(4)，同 时用第一光电探测器(10)、第二光电探测器(11)探测偏振分光棱镜(5)分出的两路光，并 用示波器观测两路光对应电流的差值，当1/2波片(4)旋转到一定角度时，差值为0，停止 旋转1/2波片，认为此时两路光的光功率相等；第一偏振分光棱镜(3)、第二偏振分光棱镜 (5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)与入射光夹角均为η/4并固定于支架上；所述1/2波 片(4)与入射光夹角为η/2并固定于支架上；旋转第三反射镜(8)使得L1与L2呈θ的夹 角，旋紧螺丝固定第三反射镜(8)的角度。θ夹角的确定依据如下=L1与L2光的频率差Δ ν与θ夹角以及激光频率ν存在 一等式关系，在已知Δν和ν的情况下，可以确定θ值。经分析计算，当Δν取法布里-珀 罗腔的自由光谱区的值时，有最佳的稳频效果，依据Δ ν值和2 μ m激光对应的激光频率ν求出θ值，以供实验操作。 光路部分调节完毕，将第一光电探测器(10)、第二光电探测器(11)对准L1, L2的 透射方向，并连接到P-I控制电路(12)上，P-I控制电路(12)连接驱动电压器(13)，驱动 电压器(12)连接压电陶瓷(14)。启动2 μ m单块非平面环形腔激光器(1)及开启P-I控制 电路(12)和驱动电压器(13)，开始稳频，使用光波长计探测检测光L3，可观测稳频效果。
权利要求
基于法布里 珀罗腔的非调制2μm激光稳频方法和装置，包括2μm单块非平面环形腔激光器(1)、2μm光隔离器(2)、第一偏振分光棱镜(3)、1/2波片(4)、第二偏振分光棱镜(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、第三反射镜(8)、共焦法布里 珀罗腔(9)、第一光电探测器(10)、第二光电探测器(11)、P I控制电路(12)、驱动电压器(13)、压电陶瓷(14)、LD泵浦源(15)；2μm单块非平面环形腔激光器(1)输出的光束为波长为2μm的单频光束，该光束透过垂直入射进入第一偏振分光棱镜(3)，其出射光分成两路光束，其中一路光束沿原方向传播，作为检测光；另一路光束垂直入射1/2波片(4)后经第二偏振分光棱镜(5)再次分为两路光束，其中的一路光束经第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、第三反射镜(8)后入射进入共焦法布里 珀罗腔(9)，该光束的光轴与共焦法布里 珀罗腔(9)的轴线呈θ角，该光束经共焦法布里 珀罗腔(9)后被第一光电探测器(10)探测；另一路光束沿共焦法布里 珀罗腔(9)的轴线方向传播，经共焦法布里 珀罗腔(9)后被第二光电探测器(11)探测。
2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，激光器为单块非平面环形腔的结构形式， 其输出激光波长为2 μ m波段的单频光束。
3.如权利要求1所述的2μ m法布里-珀罗腔，采用的是共焦法布里_珀罗腔，其腔长 的选择可使入射的2 μ m激光沿其轴线方向具有最大的透过率。
全文摘要
本发明是基于法布里-珀罗腔的非调制2μm激光稳频方法和装置。本发明由2μm单块非平面环形腔激光器、光隔离器、偏振分光棱镜、1/2波片、反射镜、共焦法布里-珀罗腔、光电探测器、P-I控制电路、驱动电压器、压电陶瓷和LD泵浦源组成。本发明利用共焦法布里-珀罗腔对不同频率的两束2μm激光的透过率不同，经光电转换后产生电流差，激光频率的波动使得电流差增大，P-I控制电路处理增大的电流差信号后，输出反馈控制信号，控制驱动电压器驱动压电陶瓷，压动激光器的腔镜，使激光频率回归，达到稳频的效果。本发明在激光雷达、激光计量标准等领域有应用价值。
文档编号H01S3/083GK101924320SQ201010219718
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者左文, 张云山, 郑岩, 高明伟, 高春清 申请人:北京理工大学