一种用于激光频率与功率稳定的装置的制作方法

本申请涉及激光频率与功率稳定的，特别是一种用于激光频率与功率稳定的装置。

背景技术：

1、冷原子干涉技术由于其灵敏度高、稳定性强等优势，现在被广泛应用于重力仪、陀螺仪等产品中。光路简化是冷原子干涉重力仪、陀螺仪工程化中最重要的一环。传统的稳频方案需要对激光器直接进行控制，通常将激光频率锁定在一个稳定的参考频率上，参考频率一般选择原子或分子的高稳定特征跃迁谱线、高q值的法-珀腔的透射峰中心频率或已经稳频的激光频率。当激光频率偏离参考频率时，会产生误差信号，通过闭环控制系统调节激光器的温度和电流，使激光频率与参考频率保持一致，达到激光稳频的目的。这样需要对激光器本身进行控制。对于体积较大的激光器，应用时占用空间较大，不太灵活，而且激光在传输过程中，仍会受到机械振动噪声、热扰动噪声等方面的影响，在激光器使用时，频率和功率的精度已经较之前变低。

技术实现思路

1、针对冷原子干涉陀螺仪实验中对于激光频率功率灵活控制和稳定的需求，本发明提供一种激光频率功率稳定的装置，该装置无需对激光器电流和温度进行控制，通过一个声光调制器就可实现激光功率和频率的稳定。

2、第一方面，提供了一种用于激光频率与功率稳定的装置，包括：

3、声光调制器aom、第一λ/2波片、第一偏振分光棱镜、第一光电探测器、透镜、光隔离器、第二λ/2波片、第二偏振分光棱镜、第二光电探测器、rb原子泡、λ/4波片、反射镜；

4、所述aom用于发射负一级衍射光，负一级衍射光经所述第一λ/2波片射入第一偏振分光棱镜，并由所述第一偏振分光棱镜分成两束负一级衍射光，所述第一偏振分光棱镜射出的第一部分负一级衍射光透过所述第一偏振分光棱镜依次射入所述透镜、所述光隔离器、所述第二λ/2波片、所述第二偏振分光棱镜，所述第一偏振分光棱镜射出的第二部分负一级衍射光经所述第一偏振分光棱镜反射至所述第一光电探测器；

5、所述第一光电探测器用于探测所述第一偏振分光棱镜射出的第二部分负一级衍射光，所述第一光电探测器输出的电信号与基准电压的偏差用于执行功率稳定操作；

6、来自所述光隔离器的负一级衍射光射入所述第二偏振分光棱镜后分成两束负一级衍射光，所述第二偏振分光棱镜射出的第一部分负一级衍射光透过所述第二偏振分光棱镜依次射入所述铷原子泡、所述λ/4波片和所述反射镜，所述反射镜反射的负一级衍射光与所述第二偏振分光棱镜射出的负一级衍射光形成对射光束；

7、经过所述反射镜反射的光射入所述第二偏振分光棱镜时被反射到所述第二光电探测器，所述第二光电探测器用于将饱和吸收光谱信号转换为电信号，所述第二光电探测器输出的电信号与基准频率的偏差用于执行频率稳定操作。

8、与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：

9、一种基于声光调制器(aom)的稳频稳功率装置。声光调制器的原理是通过电压控制压电换能器产生相应频率和幅值的声波，声波传入声光晶体时，改变了其折射率，由于声波的波长远远大于光波波长，所以可以将其看作一种光栅，那么光束通过晶体时便会产生衍射，控制压电换能器的电压信号的频率和幅值则可实现对光束频率和功率的控制。通过声光调频的负一级衍射光进行调频，频率和功率的误差信号直接反馈给aom驱动器，这样无需对激光器进行电流或者温度控制，将光路和电路集成后，更为简洁和灵活。采用自行研制的声光调制器驱动器可以获得较高的频率功率精确度和稳定度。

10、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述装置还包括：

11、第一信号处理电路，用于根据所述第一光电探测器输出的电信号与基准电压的偏差得到功率纠偏信号；

12、第二信号处理电路，用于根据所述第二光电探测器输出的电信号与基准频率的偏差得到频率纠偏信号；

13、aom驱动器，用于根据所述功率纠偏信号对所述aom执行功率稳定操作，以及根据所述频率纠偏信号对所述aom执行频率稳定操作。

14、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一信号处理电路通过基准电压源、比较器、数字pid模块得到所述功率纠偏信号。

15、由此可以得到光功率与预先设定的期望值之间的纠偏信号。

16、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第二信号处理电路通过相敏检波、低通滤波、比较器、模拟pid电路得到所述频率纠偏信号。

17、由此可以得到光频率与饱和吸收峰的纠偏信号。

18、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述aom驱动器选用32位dds芯片ad9910，内置pll电路和时钟，采用1ghz作为参考时钟。

19、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述aom驱动器的输出频率范围为0～250mhz，精度为0.012hz，输出幅度输出范围为0～40v，16位可调，相位0～360度16位可调。

20、可实现精度高、响应快的aom驱动器的设计。

21、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述装置还包括混频器，所述dds芯片ad9910输出的信号经过滤波后输入到所述混频器，所述混频器输出的信号经过放大后输入至所述aom。

22、由此可以直接对控制电压和dds输出信号进行混频，可大大提高驱动源幅度的响应速度。

23、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述混频器为环形二极管双平衡混频器。

24、第二方面，提供了一种冷原子干涉设备，包括如上述第一方面中的任意一种实现方式中所述的装置。

技术特征：

1.一种用于激光频率与功率稳定的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一信号处理电路通过基准电压源、比较器、数字pid模块得到所述功率纠偏信号。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二信号处理电路通过相敏检波、低通滤波、比较器、模拟pid电路得到所述频率纠偏信号。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述aom驱动器选用32位dds芯片ad9910，内置pll电路和时钟，采用1ghz作为参考时钟。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述aom驱动器的输出频率范围为0～250mhz，精度为0.012hz，输出幅度输出范围为0～40v，16位可调，相位0～360度16位可调。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括混频器，所述dds芯片ad9910输出的信号经过滤波后输入到所述混频器，所述混频器输出的信号经过放大后输入至所述aom。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述混频器为环形二极管双平衡混频器。

9.一种冷原子干涉设备，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的装置。

技术总结
本申请涉及激光频率与功率稳定领域，具体公开了一种用于激光频率与功率稳定的装置，该装置包括AOM、透镜、光隔离器、λ/2波片、偏振分光棱镜、Rb原子泡、λ/4波片、反射镜、光电探测器、声光调制器、信号处理电路、AOM驱动器。本发明不需要直接对激光器电流和温度进行控制，可以大大提升稳频和稳功率系统的灵活性，此外对该装置集成化后，还可以进一步级联提升频率和功率的稳定效果。

技术研发人员：朱傲男,桑建芝,刘院省,李嘉华,张慧松
受保护的技术使用者：北京航天控制仪器研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13