超稳激光器及降低超稳激光器热噪声极限的方法技术

本公开涉及激光器领域，提供了一种超稳激光器，包括：多个子超稳激光器，用于输出多个激光信号；拍频器，用于根据多个所述激光信号以从所述拍频器的第一输出端输出一拍频电信号，第二输出端输出一光信号；频率综合器，用于将所述拍频电信号与一微波信号进行处理以产生一射频信号；声光调制器，用于使所述光信号和所述射频信号发生声光效应，以输出一超稳激光信号。本公开的超稳激光器能够减少制造成本、降低超稳激光的热噪声极限、提高超稳激光器的频率稳定度，实现超窄线宽激光的输出。

【技术实现步骤摘要】
超稳激光器及降低超稳激光器热噪声极限的方法
本公开涉及激光器
，特别涉及一种超稳激光器及降低超稳激光器热噪声极限的方法。
技术介绍
超稳激光，又称超窄线宽激光，是指通过锁频方法(PDH激光稳频技术)将普通的单频激光器的中心频率锁定在一个超稳法布里-珀罗腔(简称超稳腔)的共振频率上，从而得到线宽小于1Hz甚至达到mHz量级的激光。超稳激光的频率稳定度由超稳腔的光学长度的稳定度决定，通常将超稳腔置于超低真空、隔热、隔声、隔震等条件下隔离外界环境影响。但尽管如此，由于布朗运动(热运动)，超稳腔的长度仍然存在不稳定度。研发人员只能通过采用超低温、热力学性质优异的腔体、腔镜和腔镜镀膜材料，以及改变腔的几何结构等各种方法，来降低腔的热运动引起的腔长度的不稳定度，但上述方法都会提高成本和复杂度，且会遇到各种技术障碍。鉴于此，本领域技术人员亟需开发一种超稳激光器及一种降低超稳激光器热噪声极限的方法以降低超稳激光器的热噪声极限，提高频率稳定度，实现更窄线宽激光的输出。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种超稳激光器及降低超稳激光器热噪声极限的方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。根据本公开的第一方面，提供一种超稳激光器，其特征在于，包括：多个子超稳激光器，用于输出多个激光信号；拍频器，用于根据多个所述激光信号以从所述拍频器的第一输出端输出一拍频电信号，第二输出端输出一光信号；频率综合器，用于将所述拍频电信号与一微波信号进行处理以产生一射频信号；声光调制器，用于使所述光信号和所述射频信号发生声光效应，以输出一超稳激光信号。在本公开一示例性实施例中，所述子超稳激光器的数量为N个，N为正整数且N≥2。在本公开一示例性实施例中，所述拍频器包括第一输入端和第二输入端，部分从所述第二输入端输入的所述激光信号经光学元件反射后与从所述第一输入端输入的所述激光信号发生拍频生成所述拍频电信号，另一部分从所述第二输入端输入的所述激光信号透过光学元件从所述第二输出端输出。在本公开一示例性实施例中，所述频率综合器包括：除法器，用于处理所述拍频电信号以获得一电信号，所述电信号的频率为所述拍频电信号频率的1/N；信号发生器，用于发出所述微波信号；混频器，用于将所述电信号与所述微波信号进行混频形成一和频信号和一差频信号；滤波器，用于过滤所述和频信号和差频信号，以输出匹配所述声光调制器所需频率的信号；功率放大器，用于放大通过所述滤波器的信号。在本公开一示例性实施例中，所述超稳激光器包括与所述子超稳激光器相同数量的单模光纤，用于将所述激光信号传输至所述拍频器。在本公开一示例性实施例中，所述超稳激光器包括一挡光板，用于挡住未经声光效应衍射的光信号。在本公开一示例性实施例中，所述声光调制器为光纤声光调制器。在本公开一示例性实施例中，所述超稳激光器的热噪声极限为所述子超稳激光器的热噪声极限的1/N。根据本公开的第二方面，提供一种降低超稳激光器热噪声极限的方法，其特征在于，包括：多个子超稳激光器发出多个激光信号；拍频器接收所述激光信号，根据所述激光信号以从所述拍频器的第一输出端输出一拍频电信号，第二输出端输出一光信号；频率综合器接收所述拍频电信号，将所述拍频电信号与一微波信号进行处理，输出一射频信号；声光调制器接收所述射频信号和所述光信号，使所述射频信号和所述光信号发生声光效应输出一超稳激光信号。在本公开一示例性实施例中，所述子超稳激光器包括第一子超稳激光器和第二子超稳激光器，所述第一子超稳激光器发出第一激光信号，所述第二子超稳激光器发出第二激光信号。在本公开一示例性实施例中，拍频器接收所述激光信号，根据所述激光信号以从所述拍频器的第一输出端输出一拍频电信号，第二输出端输出一光信号，包括：所述第一激光信号依次经过第一光纤准直器、第一半波片和第一偏振分束棱镜形成具有第一频率的光信号；所述第二激光信号依次经过第二光纤准直器、第二半波片和第二偏振分束棱镜，一部分透过所述第二偏振分束棱镜传输至所述第二输出端，另一部分被所述第二偏振分束棱镜反射至所述第一偏振分束棱镜，并被所述第一偏振分束棱镜反射形成具有第二频率的光信号；所述第一频率的光信号和所述第二频率的光信号依次经过偏振片、凸透镜和一探测器，形成具有第三频率的电信号。在本公开一示例性实施例中，所述第三频率为所述第一频率与所述第二频率之差。在本公开一示例性实施例中，频率综合器接收所述拍频电信号，将所述拍频电信号与一微波信号进行处理，输出一射频信号，包括：所述第三频率的电信号通过一除法器后与一微波信号同时进入混频器，形成一和频信号和一差电信号；一滤波器对所述和频信号和所述差频信号进行过滤，输出匹配所述声光调制器所需频率的信号；通过功率放大器放大通过所述滤波器的信号，形成一射频信号，并从所述频率综合器的输出端输出。在本公开一示例性实施例中，声光调制器接收所述射频信号和所述光信号，使所述射频信号和所述光信号发生声光效应输出一超稳激光信号，包括：所述射频信号通过一电信号输入端进入所述声光调制器；所述光信号通过一光信号输入端进入所述声光调制器；所述射频信号和所述光信号发生声光效应产生所述超稳激光信号。在本公开一示例性实施例中，所述超稳激光器热噪声极限为所述子超稳激光器热噪声极限的一半。由上述技术方案可知，本公开示例性实施例中的超稳激光器及降低超稳激光器热噪声极限的方法至少具备以下优点和积极效果：本公开中的超稳激光器包含子超稳激光器、拍频器、频率综合器和声光调制器，子超稳激光器的数量N≥2，并且子超稳激光器输出的激光信号通过拍频器、频率综合器和声光调制器的处理获得一超稳激光信号，该超稳激光信号的热噪声极限是子超稳激光器热噪声极限的1/N。通过本公开中的超稳激光器，一方面降低了超稳激光的热噪声极限，提高了超稳激光器的频率稳定度，实现了更窄线宽激光的输出；另一方面该超稳激光器的结构和降低超稳激光器热噪声极限的方法简单，节约了成本。本公开应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出本公开示例性实施例中超稳激光器的结构示意图；图2示出本公开示例性实施例中降低超稳激光器热噪声极限的方法的流程图；图3示出本公开示例性实施例中拍频器的结构示意图；图4示出本公开示例性实施例中频率综合电路的结构示意图；图5示出本公开示例性实施例中声光调制器的结构示意图；图6示出本公开示例性实施例中声光效应产生的光子和声子的矢量合成图；图7示出本公开示例性实施例中超稳激光器的结构示意图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超稳激光器，其特征在于，包括：多个子超稳激光器，用于输出多个激光信号；拍频器，用于根据多个所述激光信号以从所述拍频器的第一输出端输出一拍频电信号，第二输出端输出一光信号；频率综合器，用于将所述拍频电信号与一微波信号进行处理以产生一射频信号；声光调制器，用于使所述光信号和所述射频信号发生声光效应，以输出一超稳激光信号。

【技术特征摘要】
1.一种超稳激光器，其特征在于，包括：多个子超稳激光器，用于输出多个激光信号；拍频器，用于根据多个所述激光信号以从所述拍频器的第一输出端输出一拍频电信号，第二输出端输出一光信号；频率综合器，用于将所述拍频电信号与一微波信号进行处理以产生一射频信号；声光调制器，用于使所述光信号和所述射频信号发生声光效应，以输出一超稳激光信号。2.根据权利要求1所述的超稳激光器，其特征在于，所述子超稳激光器的数量为N个，N为正整数且N≥2。3.根据权利要求1所述的超稳激光器，其特征在于，所述拍频器包括第一输入端和第二输入端，部分从所述第二输入端输入的所述激光信号经光学元件反射后与从所述第一输入端输入的所述激光信号发生拍频生成所述拍频电信号，另一部分从所述第二输入端输入的所述激光信号透过光学元件从所述第二输出端输出。4.根据权利要求2所述的超稳激光器，其特征在于，所述频率综合器包括：除法器，用于处理所述拍频电信号以获得一电信号，所述电信号的频率为所述拍频电信号频率的1/N；信号发生器，用于发出所述微波信号；混频器，用于将所述电信号与所述微波信号进行混频形成一和频信号和一差频信号；滤波器，用于过滤所述和频信号和差频信号，以输出匹配所述声光调制器所需频率的信号；功率放大器，用于放大通过所述滤波器的信号。5.根据权利要求1所述的超稳激光器，其特征在于，所述超稳激光器包括与所述子超稳激光器相同数量的单模光纤，用于将所述激光信号传输至所述拍频器。6.根据权利要求1-5任一项所述的超稳激光器，其特征在于，所述超稳激光器包括一挡光板，用于挡住未经声光效应衍射的光信号。7.根据权利要求1-5任一项所述的超稳激光器，其特征在于，所述声光调制器为光纤声光调制器。8.根据权利要求2所述的超稳激光器，其特征在于，所述超稳激光器的热噪声极限为所述子超稳激光器的热噪声极限的1/N。9.一种降低超稳激光器热噪声极限的方法，其特征在于，包括：多个子超稳激光器发出多个激光信号；拍频器接收所述激光信号，根据所述激光信号以从所述拍频器的第一输出端输出一拍频电信号，第二输出端输出一光信号；频率综合器接收所述拍频电信号，将所述拍频电信号与一微波信号进行处理，输出一射频信号；声光调制器接收所述射频信号和所述光信号，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜海峰，邰朝阳，闫露露，张颜艳，张攀，赵文宇，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61