专利名称：一种激光腔外功率稳定装置和锁定方法
技术领域：
本发明涉及一种激光功率稳定技术，特别是一种基于声光调制器，并且与激光系 统偏振变化无关的腔外功率稳定装置和锁定方法。
背景技术：
激光技术在通信、医疗、工业制造和科研等众多领域具有广泛的应用。激光功率的 稳定性是这些应用中的一个关键因素。通过负反馈系统调整激光器的谐振腔或直接调节驱 动源可以实现光功率稳定。但是，这种方法在调节光功率的同时还会改变激光器的输出波 长，因此对激光功率和频率稳定性都有较高要求的情况并不能满足要求。利用腔外功率稳 定技术可以克服上述缺点。其原理是利用分束器在光路中需要功率稳定的地方分出一小 部分光，通过光电二极管转换为电信号后再跟标准电压进行比较得出误差信号，通过负反 馈电路调制法拉第旋光器或电光调制器等执行器件来改变待稳光的偏振方向，再配合检偏 器实现光功率的稳定。传统方法中分束器的分光比受激光偏振性质影响，因此当光路中的激光偏振随环 境温度等因素发生变化时，光功率的长期稳定性将大幅下降。此外，在光功率变化较大的 场合，传统方法中的法拉第旋光器或电光调制器等执行器件通常需要很大的控制电流或电 压，这不但增加了反馈控制电路设计的难度，而且较大的电路噪声将直接降低光功率的短 期稳定性能。因此原有的方法无法实现激光功率大波动范围下的高精度稳定控制。
发明内容
本发明的目的是为了解决外腔式光功率稳定系统的长期稳定性受激光偏振变化 影响的问题，并提高系统在光功率大波动范围时的短期稳定性，提供一种与激光偏振变化 无关的基于声光调制器的激光腔外功率稳定技术，用来取代传统的激光腔外功率稳定技 术。本发明的具体技术方案如下
本发明是一种激光腔外功率稳定装置，包括激光系统、声光调制器、二分之一波片、偏 振分束器、非偏正分束器、光电二极管、光功率稳定控制电路和声光调制器驱动，通过激光 光路连接，构成激光腔外功率稳定装置的整体，其中，光电二极管、光功率稳定控制电路和 声光调制器驱动之间通过同轴电缆连接。本发明所述装置使用了声光调制器以及偏振纯化的光路；激光系统是待功率稳定 的激光系统，声光调制器对输入的激光进行调制，分成方向不同的‘0’级和‘1’级输出激 光，同时它还能控制‘0’级和‘1’级光的功率比；二分之一波片将从声光调制器出射光的线 偏振方向旋转为水平，尽量多地通过偏振分束器；偏振分束器按照偏振方向让激光透射或 者反射，起到纯化后面光路偏振方向的作用；非偏振分束器将激光按分光比透射或者反射， 反射光作为光功率稳定的监视信号，透射光作为功率稳定后的输出；光电二极管探测经非 偏振分束器反射的激光，将光强信号转化为电信号；光功率稳定控制电路将光电二极管采集到的电信号进行放大，再跟一个标准电压源通过差分比较电路比较后，用PID控制电路 处理成负反馈信号后，与直流调压电路设置的偏置值通过加法电路叠加后，输出到声光调 制器驱动的调幅端；所述的声光调制器驱动用射频信号驱动声光调制器，它的调幅端接受 光功率稳定控制电路产生的电压信号来控制射频信号的幅度。本发明所述的声光调制器输出‘0’级和‘1’级激光的功率比与声光调制器驱动输 入的射频信号幅度成线性关系，‘0’级激光的频率和输出方向都不变，‘1’级激光的频率增 加一个声子频率，输出方向偏转且偏转角的正切为声子频率与激光频率之比。本发明所述的二分之一波片将从声光调制器出射光的线偏振旋转到水平方向，理 论上能全部透射通过后面的偏振分束器，随着激光系统中的激光偏振方向发生漂移，从偏 振分束器透射的光强将发生微小变化，但是透射光的线偏振方向保持水平，起到了偏振纯 化的作用。本发明所述的非偏振分束器对水平和竖直方向偏振光的反射率是有微小差距的， 在非偏振分束器跟声光调制器之间插入二分之一波片和偏振分束器组成的偏振纯化光路， 将最大限度地消除光功率稳定后的长期漂移。本发明所述的光功率稳定控制电路是一个低压信号处理电路，作为一个整体设计 成印刷电路板并制作成独立的电路装置，它将光电二极管采集到的电信号通过微弱信号放 大电路放大，与标准电压源通过差分比较电路差分后，再通过PID控制电路进行负反馈处 理得到误差信号，与直流调压电路设置的偏置值通过加法电路相加后输出到声光调制器驱 动的调幅端形成光功率稳定的反馈控制信号。本发明所述的激光系统出射的激光经过声光调制器后分成方向不同的‘0’级和 ‘1’级输出，根据光功率的波动范围设置声光调制器驱动的输出功率，使得‘1’级光的强度 略大于光功率的波动幅度，将其作为稳定‘0’级光功率的“缓冲池”并用黑屏遮挡，出射的 ‘0’级光经过二分之一波片旋转线偏振方向后通过偏振分束器，透射的水平偏振光被非偏 振分束器反射一小部分输入光电二极管探测作为光功率稳定的监视信号，大部分光出射并 作为输出光，光功率稳定控制电路将光电二极管采集到的电信号通过微弱信号放大器进行 放大，再跟一个标准电压源通过差分比较电路差分后，用PID控制电路处理成误差信号，最 后还要叠加上由直流调压电路设置的‘1’级光初始功率的直流偏置值，输出到声光调制器 驱动的调幅端形成负反馈环路，最后，从非偏振分束器透射输出的激光功率将被环路锁定， 锁定点的功率大小由直流调压电路设置。本发明利用较高衍射效率的声光调制器增加光功率稳定的动态范围；利用声光调 制器驱动调幅端的低直流控制电压降低电路噪声，实现较高的光功率短期稳定度。本发明的有益效果如下
本发明提供的激光腔外功率稳定技术能够实现激光功率大波动范围时的高精度稳定 控制，光路简单，易于调整；利用声光调制器的高衍射效率特性实现光功率大波动范围内的 稳定；利用偏振纯化光路可以将激光系统的偏振漂移转化为功率波动，提高光功率的长期 稳定性；声光调制器驱动可以使用低电压的控制电路，降低控制电路的设计难度和制作成 本的同时，能够显著降低电路噪声，实现较高的光功率短期稳定度；另外，声光调制器可以 同时完成对激光频率的控制，有利于简化光路，提高系统集成度。
附图1是激光腔外功率稳定装置的示意图； 附图2是光功率稳定控制电路的示意图中1是激光系统，2是声光调制器，3是二分之一波片，4是偏振分束器，5是非偏正 分束器，6是光电二极管，7是光功率稳定控制电路，8是声光调制器驱动，9是微弱信号放大 电路，10是标准电压源，11是差分比较电路，12是PID控制电路，13是直流调压电路，14是 加法电路。
具体实施例方式本发明提供一种激光腔外功率稳定技术，在传统方法中的分束器前增加一个二分 之一波片3和一个偏振分束器4，同时将反馈执行器件换成声光调制器2就可以实现，光路 简单，易于调整，成本增加不多；却能够利用声光调制器2较高的衍射效率实现光功率大波 动范围内的稳定；由于可以使用低电压的控制电路，在降低电路设计难度和制作成本的同 时，能够显著降低电路噪声，实现较高的光功率短期稳定度；对传统分束器的改进可以将激 光系统1的偏振变化转化为功率波动，利用声光调制器2的大动态范围特性提高光功率的 长期稳定性；另外，声光调制器2可以同时完成对激光频率的控制，这也有利于简化光路， 提高系统集成度。本发明提供一种激光功率稳定技术，包括激光腔外功率稳定装置和锁定方法。本发明提供一种激光腔外功率稳定装置，(参见附图1)主要由激光系统1、声光调 制器2、二分之一波片3、偏振分束器4、非偏振分束器5、光电二极管6、光功率稳定控制电路 7和声光调制器驱动8组成，各部分通过激光光路(图中实线)和同轴电缆(图中虚线)连接， 构成激光腔外功率稳定装置的整体，其中光功率稳定控制电路7，(参见附图2)主要由微弱 信号放大电路9、标准电压源10、差分比较电路11、PID控制电路12、直流调压电路13和加 法电路14作为一个电路整体设计成印刷电路板。本发明提供一种激光腔外功率稳定装置，使用了声光调制器2以及偏振纯化的光 路；所述的激光系统1是待稳定功率的激光系统；所述的声光调制器2对输入的激光进行 调制，分成方向不同的‘0’级和‘1’级输出激光，同时它还能控制‘0’级和‘1’级光的功率 比；所述的二分之一波片3将从声光调制器2出射光的线偏振方向旋转为水平，尽量多地通 过偏振分束器4 ；所述的偏振分束器4按照偏振方向让激光透射或者反射，起到纯化后面光 路偏振方向的作用；所述的非偏振分束器5将激光按分光比透射或者反射，反射光作为光 功率稳定的监视信号，透射光作为功率稳定后的输出；所述的光电二极管6探测经非偏振 分束器5反射的激光，将光强信号转化为电信号；所述的光功率稳定控制电路7将光电二 极管6采集到的电信号进行放大，再跟一个标准电压源10通过差分比较电路11比较后，用 PID控制电路12处理成负反馈信号后，与直流调压电路13设置的偏置值通过加法电路14 叠加后，输出到声光调制器驱动8的调幅端；所述的声光调制器驱动8用射频信号驱动声光 调制器2，它的调幅端接收光功率稳定控制电路7产生的电压信号来控制射频信号的幅度。本发明所述的声光调制器2输出‘0’级和‘1’级激光的功率比与声光调制器驱动 8输入的射频信号幅度成线性关系。‘0’级激光的频率和输出方向都不变，‘1’级激光的频 率增加一个声子频率，输出方向偏转且偏转角的正切为声子频率与激光频率之比。
本发明所述的二分之一波片3将从声光调制器2出射光的线偏振旋转到水平方 向，理论上能全部透射通过后面的偏振分束器4，但随着激光系统1中的激光偏振方向发生 漂移，从偏振分束器4透射的光强将发生微小变化，但是透射光的线偏振方向保持水平，起 到了偏振纯化的作用。本发明所述的非偏振分束器5对水平和竖直方向偏振光的反射率是有微小差异 的。在非偏振分束器5跟声光调制器2之间插入二分之一波片3和偏振分束器4组成的偏 振纯化光路，将最大限度地消除光功率稳定后的长期漂移。本发明所述的光功率稳定控制电路7是一个低压信号处理电路，作为一个整体设 计成印刷电路板并制作成独立的电路装置。它将光电二极管6采集到的电信号通过微弱信 号放大电路9放大，与标准电压源10通过差分比较电路11差分后，再通过PID控制电路 12进行负反馈处理得到误差信号，与直流调压电路13设置的偏置值通过加法电路14相加 后输出到声光调制器驱动8的调幅端形成光功率稳定的反馈控制信号。本发明提供一种激光腔外功率稳定的方法是激光系统1出射的激光经过声光调 制器2后分成方向不同的‘0’级和‘1’级输出，根据光功率的波动范围设置声光调制器驱 动8的输出功率，使得‘1’级光的强度略大于光功率的波动幅度，将其作为稳定‘0’级光功 率的“缓冲池”并用黑屏遮挡(根据实际使用情况，完全可以反过来将‘0’级光作为光功率 的缓冲池，而将‘1’级光作为输出)。出射的‘0’级光经过二分之一波片3旋转线偏振方 向后通过偏振分束器4。透射的水平偏振光被非偏振分束器5反射一小部分输入光电探测 6作为光功率稳定的监视信号，大部分光出射并作为输出光。光功率稳定控制电路7将光电 二极管6采集到的电信号通过微弱信号放大器9进行放大，再跟一个标准电压源10通过差 分比较电路11差分后，用PID控制电路12处理成误差信号，最后还要叠加上由直流调压电 路13设置的‘1’级光初始功率的直流偏置值，输出到声光调制器驱动8的调幅端形成负反 馈环路。最后，从非偏振分束器5透射输出的激光功率将被环路锁定，锁定点的功率大小由 直流调压电路13设置。本发明所述的激光系统1是待稳定功率的激光系统，可以是单一的激光器，也可 以是包含了多种光学元件的光路系统，默认该系统的激光是线偏振的，如果存在圆偏振可 用四分之一波片预先转化为线偏振。本发明所述的声光调制器2，通过换能器将输入的驱动射频信号转换成为超声波， 施加在声光晶体上，形成声学光栅。入射的激光通过光栅后将发生衍射，‘0’级衍射光波长 和传输方向不变；‘1’级衍射光频率增加一个声子频率，方向偏转且偏转角的正切为声子 频率与激光频率之比。同时，‘0’级和‘1’级光的功率比由射频信号的幅度决定，射频信号 幅度越大‘1’级光占入射光总功率的比重越大，射频信号幅度为零时入射激光能量全部集 中在‘0’级光。本发明所述的二分之一波片3是一定厚度的双折射晶体，可将线偏振激光的偏振 方向进行旋转。本发明所述的偏振分束器4，可使水平偏振的激光完全透射，竖直偏振的激光完全 反射。本发明所述的非偏振分束器5是一种可将激光分成两束的光学元件。理论上它的 分光比跟入射激光的线偏振方向无关，但是现有的实际产品对水平和竖直方向偏振光的反射率是有微小差距的，越是偏离1:1的分光比，这样的差距将越大。本发明所述的光电二极管6可以将光强信号转换为电流信号，入射的光功率越 强，电流信号也越强。本发明所述的光功率稳控制电路7作为一个整体的电路装置，它将光电二极管6 采集到的电信号通过微弱信号放大电路9放大，与标准电压源10通过差分比较电路11差 分后，再通过PID控制电路12进行负反馈处理得到误差信号，与直流调压电路13设置的偏 置值通过加法电路14相加后输出到声光调制器驱动8的调幅端形成光功率稳定的反馈控 制信号。所述的声光调制器驱动8是一种大功率的射频信号发生装置，用射频信号驱动声 光调制器2，射频信号的频率决定从声光调制器2出射激光的附加频移和偏转角度，射频信 号的幅度决定从声光调制器2出射‘1’级光的衍射效率。本发明所述的微弱信号放大电路9是一种电流电压转换电路，使用较小电流噪声 的高精度运算放大器搭建。本发明所述的标准电压源10是一种低温度系数的电压基准电路，作为输入光功 率电压信号的参考基准。本发明所述的差分比较电路11是一种具有较高共模抑制比的差分电路，它可以 由精密电阻和运算放大器搭建，也可以直接采用集成芯片。本发明所述的PID控制电路12是一种基于比例(P)、积分(I)和微分(D)电路的 反馈控制系统，根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的 大小，可以用普通运算放大器搭建。本发明所述直流调压电路13是一种可调分压电路，电压基准参考到标准电压源 10。本发明所述的加法电路14由两级反向加法电路构成，可由普通运算放大器搭建。本发明所提供的一种激光腔外功率稳定技术的机理是激光系统1出射的激光经 过声光调制器2后分成方向不同的‘0’级和‘1’级输出，将其中一束光作为另一束光的功 率“缓冲池”，利用反馈控制声光调制器驱动8的射频信号幅度来实现光功率的稳定。由于 声光调制器2的‘1’级光有较高的衍射效率，因此可以实现光功率大波动范围内的稳定，从 声光调制器2出射的待稳定光经过二分之一波片3将其线偏振方向旋转为水平后，再透射 通过偏振分束器4，激光系统1中的偏振方向漂移就被偏振纯化光路转换成了光功率的漂 移。透射光被非偏振分束器5反射一小部分后输入光电探测6，大部分光出射并作为功率稳 定后的输出光，由于入射非偏振分束器5的激光偏振是不变的，因此能够保证其反射光的 变化能够真实地反映透射光的波动，光电二极管6采集到的电信号经过光功率稳定控制电 路7处理后得到误差信号，再输出到声光调制器驱动8的调幅端控制其射频信号幅度，形成 负反馈环路。由于用几伏特的电压就可以控制声光调制器驱动8的调幅端，因此光功率稳 定控制电路7能用普通的低电压精密运算放大器搭建，大大降低了电路噪声，能够实现较 高的光功率稳定短期精度。实施例1
参见附图1，主要由激光系统1、声光调制器2、二分之一波片3、偏振分束器4、非偏正分 束器5、光电二极管6、光功率稳定控制电路7和声光调制器驱动8组成。其中光功率稳定控制电路7，参见附图2，主要由微弱信号放大电路9、标准电压源10、差分比较电路11、PID 控制电路12、直流调压电路13和加法电路14组成。所述的激光系统1是待功率稳定的激光系统；本实施实例使用的是包括Toptica 公司的DL-Pro可调谐半导体激光器、BoosTA锥形激光放大器，以及若干光纤耦合器、反射 镜和透镜组成的原子激光冷却光路系统。输出波长设置在780. Inm,需要光功率稳定部分的 输出功率为15mw，光功率的波动范围为10%左右。所述的声光调制器2对输入的激光进行调制，分成方向不同的‘O’级和‘1’级输 出激光，它可以通过输入射频的幅度控制‘O’级和‘1’级光的功率比。本实施实例利用‘O’ 级光作为“缓冲池”，将‘1’级光作为被稳光输出，使用的是Crystal Technology公司的 3080 - 122型声光调制器，工作中心频率80MHz，‘1，级光最大衍射效率为80%左右。所述的二分之一波片3是一定厚度的双折射晶体，将‘O’级光旋转为水平偏振，尽 量多地通过后面的偏振分束器4。所述的偏振分束器4按照偏振方向让激光透射或者反射。经过二分之一波片2旋 转偏振方向的光理论上能全部透射，但是由于待稳激光系统的偏振方向会发生变化，因此 功率稳定过程中反射端也会有部分光出射，需要用黑屏遮挡。所述的非偏振分束器5是一种可将激光分成两束的光学元件，透射光作为输出 光，反射光作为功率监视光。理论上非偏振分束器5分光比跟入射激光的线偏振方向无关， 但是现有的实际产品对水平和竖直方向偏振光的反射率是有微小差距的，本实施实例使用 的是分光比为1 1的非偏振分束器，对水平和竖直两种偏振光的反射率差小于5%，5mw左右 的光作为功率监视光输入光电探测器6。所述的光电二极管6可以将从偏振分束器5反射的光强信号转换为电信号，入 射光的功率和得到的电信号大小应成线性关系。本实施实例所使用是Hamamatsu公司的 S1223硅PIN型光电二极管，光电转换效率为0. 52A/W。所述的光功率稳控制电路7是一套自制的电路装置，它将光电二极管6采集到的 电信号通过微弱信号放大电路9放大，与标准电压源10通过差分比较电路11差分后，再通 过PID控制电路12进行处理得到误差信号，与直流调压电路13设置的偏置值通过加法电 路14相加后输出到声光调制器驱动8的调幅端形成光功率稳定的负反馈控制信号。所述的声光调制器驱动8用射频信号驱动声光调制器2，射频信号的频率决定从 声光调制器2出射激光的附加频移和偏转角度。射频信号的幅度决定从声光调制器2出射 ‘1，级光的衍射效率。本实施实例使用的是Crystal "Technology公司的1080 AF-AEN0-20 型声光调制器驱动，射频输出频率为80MHz。根据激光系统1的功率抖动范围，设置其射频 输出功率约为^dBm,对应其调幅端的直流偏置电压为0. 6V，相应的‘1’级光衍射效率为 60% (留20%的功率调节范围)。所述的微弱信号放大电路9是一种电流电压转换电路级联比例放大电路。本实施 实例使用0P27精密运算放大器，采用光伏模式将光电二极管6探测到的光功率转换为5V 左右的电压信号。所述的标准电压源10是一种低温度系数的电压基准，作为输入光功率电压信号 的参考基准。本实施实例所使用的是AD581精密电压源芯片，其基准电压为10V，温度系数 达到 5ppm/°C。
所述的差分比较电路11是一种具有较高共模抑制比的差分电路。本实施实例采 用的是AD620精密仪表放大器芯片，其电压放大系数设置为1。每次功率稳定前，需通过简 单的调压电路将标准电压源10的分电压设置到微弱信号放大电路9得到的直流电位附近， 差分得到零附近的误差信号，以方便后级的PID控制电路锁定。所述的PID控制电路12是一种反馈控制电路，根据差分比较电路11得到的误差 信号确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小，直到误差信号的直流值为 零，并且交流值最小。本实施实例采用0P07芯片搭建了 PID电路。所述直流调压电路13是一种可调分压电路，本实施实例用滑动变阻器实现参考 标准电压源10实现。光功率稳定前后，都可以在声光调制器2的动态范围内通过直流调压 电路13的直流电位来控制被稳光的功率。所述的加法电路14将PID控制电路12得到的误差信号和直流调压电路13设置 的直流电位叠加后输出到声光调制器驱动8，本实施例由0P07芯片通过两级反向差分电路 搭建，放大比例系数设置为1。
权利要求
1.一种激光腔外功率稳定装置，包括激光系统(1)、声光调制器(2)、二分之一波片 (3)、偏振分束器(4)、非偏正分束器(5)、光电二极管(6)、光功率稳定控制电路(7)和声光 调制器驱动(8)，其特征是通过激光光路连接，构成激光腔外功率稳定装置的整体，其中， 光电二极管(6)、光功率稳定控制电路(7)和声光调制器驱动(8)之间通过同轴电缆连接。
2.根据权利要求1所述的激光腔外功率稳定装置，其特征是所述装置使用了声光调 制器(2)以及偏振纯化的光路；所述的激光系统(1)是待功率稳定的激光系统；所述的声光 调制器(2)对输入的激光进行调制，分成方向不同的‘0’级和‘1’级输出激光，同时它还能 控制‘0’级和‘1’级光的功率比；所述的二分之一波片(3)将从声光调制器(2)出射光的 线偏振方向旋转为水平，尽量多地通过偏振分束器(4)；所述的偏振分束器(4)按照偏振方 向让激光透射或者反射，起到纯化后面光路偏振方向的作用；所述的非偏振分束器(5)将 激光按分光比透射或者反射，反射光作为光功率稳定的监视信号，透射光作为功率稳定后 的输出；所述的光电二极管(6)探测经非偏振分束器(5)反射的激光，将光强信号转化为电 信号；所述的光功率稳定控制电路(7)将光电二极管(6)采集到的电信号进行放大，再跟一 个标准电压源(10)通过差分比较电路(11)比较后，用PID控制电路(12)处理成负反馈信 号后，与直流调压电路(13)设置的偏置值通过加法电路(14)叠加后，输出到声光调制器驱 动(8)的调幅端；所述的声光调制器驱动(8)用射频信号驱动声光调制器(2)，它的调幅端 接受光功率稳定控制电路(7)产生的电压信号来控制射频信号的幅度。
3.根据权利要求2所述的激光腔外功率稳定装置，其特征是所述的声光调制器(2)输 出‘0’级和‘1’级激光的功率比与声光调制器驱动(8)输入的射频信号幅度成线性关系， ‘0’级激光的频率和输出方向都不变，‘1’级激光的频率增加一个声子频率，输出方向偏转 且偏转角的正切为声子频率与激光频率之比。
4.根据权利要求2所述的激光腔外功率稳定装置，其特征是所述的二分之一波片(3) 将从声光调制器(2)出射光的线偏振旋转到水平方向，理论上能全部透射通过后面的偏振 分束器(4)，随着激光系统(1)中的激光偏振方向发生漂移，从偏振分束器(4)透射的光强 将发生微小变化，但是透射光的线偏振方向保持水平，起到了偏振纯化的作用。
5.根据权利要求2所述的激光腔外功率稳定装置，其特征是所述的非偏振分束器(5) 对水平和竖直方向偏振光的反射率是有微小差距的，在非偏振分束器(5)跟声光调制器 (2)之间插入二分之一波片(3)和偏振分束器(4)组成的偏振纯化光路，将最大限度地消除 光功率稳定后的长期漂移。
6.根据权利要求2所述的激光腔外功率稳定装置，其特征是所述的光功率稳定控制 电路(7)是一个低压信号处理电路，作为一个整体设计成印刷电路板并制作成独立的电路 装置，它将光电二极管(6)采集到的电信号通过微弱信号放大电路(9)放大，与标准电压源 (10)通过差分比较电路(11)差分后，再通过PID控制电路(12)进行负反馈处理得到误差 信号，与直流调压电路(13)设置的偏置值通过加法电路(14)相加后输出到声光调制器驱 动(8)的调幅端形成光功率稳定的反馈控制信号。
7.根据权利要求2所述的激光腔外功率稳定装置的激光功率稳定锁定方法，其特征 是激光系统(1)出射的激光经过声光调制器(2)后分成方向不同的‘0’级和‘1’级输出， 根据光功率的波动范围设置声光调制器驱动(8)的输出功率，使得‘1’级光的强度略大于 光功率的波动幅度，将其作为稳定‘0’级光功率的“缓冲池”并用黑屏遮挡，出射的‘0’级光经过二分之一波片(3)旋转线偏振方向后通过偏振分束器(4)，透射的水平偏振光被非 偏振分束器(5)反射一小部分输入光电二极管(6)探测作为光功率稳定的监视信号，大部 分光出射并作为输出光，光功率稳定控制电路(7)将光电二极管(6)采集到的电信号通过 微弱信号放大器(9 )进行放大，再跟一个标准电压源(10 )通过差分比较电路(11)差分后， 用PID控制电路(12)处理成误差信号，最后还要叠加上由直流调压电路(13)设置的‘1’级 光初始功率的直流偏置值，输出到声光调制器驱动(8)的调幅端形成负反馈环路，最后，从 非偏振分束器(5)透射输出的激光功率将被环路锁定，锁定点的功率大小由直流调压电路 (13)设置。
8.权利要求7所述的激光腔外功率稳定装置的激光功率稳定锁定方法，其特征是利 用较高衍射效率的声光调制器(2)增加光功率稳定的动态范围；利用声光调制器驱动(8) 调幅端的低直流控制电压降低电路噪声，实现较高的光功率短期稳定度。
全文摘要
本发明是一种激光腔外功率稳定装置和方法，通过非偏振分束器在激光系统中取出参考信号，并利用声光调制器作为执行器件构成负反馈环路，实现光功率的稳定。在光路中插入1/2波片和偏振分束器进行偏振纯化，可以将激光系统的偏振漂移转化为功率波动，使得非偏振分束器的分光比恒定，从而提高光功率的长期稳定性；采用声光调制器作为执行元件，其驱动器的调幅端可以使用低电压进行调制，能够显著减小控制电路的噪声，从而可以实现较高的光功率短期稳定性，同时可以实现光功率大动态范围内的稳定。
文档编号G02B27/28GK102141692SQ201110056880
公开日2011年8月3日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日
发明者吴彬, 林强, 王兆英, 程冰, 郭彬 申请人:浙江大学