基于热稳频和声光移频的单纵模激光器互锁方法和装置属于激光应用技术领域，本发明专利技术采用声光移频技术将多台基于热稳频的单纵模激光器的输出激光频率锁定于同一台参考单纵模稳频激光器的输出激光频率上，从而使所有激光器输出激光具有统一的频率值，目的是解决传统稳频激光器相互之间的频率一致性较低的不足，为超精密激光干涉测量提供一种新型的激光光源。
【技术实现步骤摘要】
基于热稳频和声光移频的单纵模激光器互锁方法和装置
本专利技术属于激光应用
，特别是一种基于热稳频和声光移频的单纵模激光器互锁方法及其装置。
技术介绍
近年来，以光刻机和数控机床为代表的超精密测量与加工技术朝着大尺度、高精度、多空间自由度同步测量方向发展，对激光干涉测量系统的总激光功率消耗急剧增加，远超过单台稳频激光器的输出激光功率，因此需要同时采用多台稳频激光器进行组合测量。然而，不同稳频激光器在相对频率稳定度、激光波长值、波长漂移方向等方面存在差异，这将带来激光干涉测量系统不同空间自由度的测量精度、波长基准和空间坐标不一致的问题，从而影响整个多维激光干涉测量系统的综合测量精度。为了保证激光干涉测量系统的综合测量精度，要求组合使用的多台稳频激光器的频率一致性要达到10_8，因此稳频激光器之间的频率一致性已经成为超精密测量与加工技术发展亟需解决的关键问题之一。目前应用于激光干涉测量系统的稳频激光光源主要有双纵模稳频激光器、横向塞曼稳频激光器和纵向塞曼激光器等，这类激光器在稳频基准上以激光增益曲线的中心频率作为稳频控制的参考频率，而激光增益曲线的中心频率随工作气体气压和放电条件而改变，且多台稳频激光器在物理参数上无法做到高度一致，故其稳频控制的参考频率存在差异，从而导致多台稳频激光器输出激光的频率一致性较低，只能到达10_6?10_7。为了解决稳频激光器之间的频率一致性较差的问题，哈尔滨工业大学提出一种双纵模激光器偏频锁定方法(中国专利申请号CN200910072517、CN200910072518、CN200910072519和CN200910072523)，该方法以一台碘稳频激光器或双纵模激光器输出激光的频率作为基准，其余多台双纵模激光器相对于基准频率偏移一定的数值进行锁定，从而使多台双纵模激光器的输出激光具有相同的波长(频率)，但是该方法在激光频率的锁定过程中，需要调整激光器的内部工作参数，一方面由于调整的方式属于间接调整，系统的响应速度相对比较迟缓，另一方面由于每个激光器的特性参数存在一定差异，激光器内部工作参数的改变可能会对激光的频率稳定度产生不良影响，严重的情况甚至会导致激光器失锁。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种基于基于热稳频和声光移频的单纵模激光器互锁方法，其目的是结合声光移频器的移频特性和热稳频的单纵模稳频激光器的优点，为超精密加工与测量技术提供一种波长一致性优良的激光光源。本专利技术还提供了一种基于热稳频和声光移频的单纵模激光器互锁装置。本专利技术的目的通过以下技术方案实现:一种基于热稳频和声光移频的单纵模激光器互锁方法，该方法包括以下步骤:(I)开启参考单纵模稳频激光器的电源，经过预热和稳频过程后，激光器输出单个纵模激光，其光波频率记为此输出光由光纤分束器分离成η > I路，记为光束Xi(i=l，2，…，η)，分别作为单纵模激光器Li (i=l, 2，…，η)频率锁定的参考光束； (2)开启单纵模激光器Li(i=l，2，...，!!)的电源，所有单纵模激光器同时进入预热过程，测量当前环境的温度值，据此设定预热的目标温度Tsrt,且Tsrt高于环境温度，利用电热器对激光器内部的激光管进行加热，使激光管的温度趋于预先设定的温度值Tsrt并达到热平衡状态，利用偏振分光镜将激光管副输出端激光中的水平偏振和竖直偏振激光分量分离，其光功率Pi1 (1=1, 2，…，η)和Pi2 (i=l, 2，…，η)由两个相同的光电探测器测量得出，稳频控制模块根据预热算法调整电热器的工作电流值，使水平偏振激光分量的功率值Pi1Q=I, 2,…，η) =0,此时激光管主输出端和副输出端的激光为竖直偏振的单纵模激光； (3)预热过程结束后，单纵模激光器Li(i=l, 2，…，η)进入稳频控制过程，稳频控制模块进一步微调电热器的工作电流值的大小，使竖直偏振激光分量的功率值Pi2 (i=l，2，…，η)趋于最大值，并且根据稳频控制算法控制电热器的工作电流值，使Pi2Q=I, 2，…，η)始终保持为最大值，进而使激光的频率趋于稳定数值； (4)将激光管主输出端的激光记为光束Ti(i=l, 2，…，η)，其频率记为V i (i=l, 2，…，η)，光束 Ti (i=l, 2，...，η)进入驱动频率为 Zi (i=l, 2，...，η)的声光移频器 Si (i=l, 2，...，η)进行移频，其对应的输出激光的频率记为〃，((^一’…^^此激光再由分光镜分为强度比为9:1的两部分光，其中强度相对较大的部分光记为光束Zi (i=l，2，…，η)，作为单纵模激光器Li (i=l, 2，…，η)的输出激光，强度相对较小的部分光记为光束Yi (i=l, 2，…，η)； (5)将光束Xi(i=l，2，…，η)分别与光束Yi(i=l，2，…，η)进行光学混频形成光学拍频信号，利用光电探测器将光学拍频信号转换为电信号，其频率值△ Vi=Vi+/;-vr(i=l,2,-,n)由频率测量模块测得，频率调整模块根据测量得到的光学拍频信号的频率值Δ Vi(i=l，2，. ..，!!)，计算得出光束XiQ=IJ,'!!)和Yi(i=l，2，…，η)的频率差值Vr - Vi=/;- Δ Vi(i=l，2，…，η)，并将声光移频器3力=1，2，...，!!)的驱动频率^(1=1,2,…，η)调整为vr - V ^i=I, 2,…，η)，从而使单纵模激光器Li (i=l，2，…，η)输出光束Zi (i=l，2，...，!!)的频率等于参考光束Xi (i=l，2，...，!!)的频率，即Vi+/;= vr(i=l, 2，…，η)； (6)循环重复步骤(4)到(5)，通过调整声光移频器Sia=^，...，!!)的工作频率^(1=1,2,…，η)，使单纵模激光器Li (i=l，2，…，η)的输出激光Zi (i=l，2，…，η)的频率始终锁定于同一频率值V r。—种基于热稳频和声光移频的单纵模激光器互锁装置，包括激光器电源A、稳频状态指示灯、参考单纵模稳频激光器、光纤分束器，该装置中还包括η > I个结构相同、呈并联关系的单纵模激光器(L1, L2,…，Ln),其中每一个单纵模激光器(L1, L2,…，Ln)的装配结构是:激光器电源B与激光管连接，电热器缠绕在激光管外壁上，其输入端接稳频控制模块，激光管温度传感器粘附在激光管外壁上，其输出端接稳频控制模块，环境温度传感器与稳频控制模块连接，偏振分光镜放置在激光管副输出端后，其后并列放置光电探测器A和光电探测器B，二者的输出端都与稳频控制模块连接，声光移频器放置在激光管主输出端前，分光镜放置在声光移频器与光纤合束器的一个输入端之间，光纤合束器的另一个输入端与光纤分束器的输出端之一连接，检偏器放置在光纤合束器的输出端与光电探测器C之间，光电探测器C、频率测量模块、频率调整模块、声光移频器依次连接，锁频状态指示灯与频率调整模块连接。本专利技术具有以下特点及良好效果: (I)本专利技术采用声光移频器对多个双纵模激光器进行并联频率锁定，所有单纵模稳频激光器输出激光具有统一的频率值，由于声光移频器极高的频率调节分辨力，多个激光器的频率一致性可高达到10_9，比现本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于热稳频和声光移频的单纵模激光器互锁方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）开启参考单纵模稳频激光器的电源，经过预热和稳频过程后，激光器输出单个纵模激光，其光波频率记为νr，此输出光由光纤分束器分离成n≥1路，记为光束Xi(i=1,2,…,n)，分别作为单纵模激光器Li(i=1,2,…,n)频率锁定的参考光束；（2）开启单纵模激光器Li(i=1,2,…,n)的电源，所有单纵模激光器同时进入预热过程，测量当前环境的温度值，据此设定预热的目标温度Tset，且Tset 高于环境温度，利用电热器对激光器内部的激光管进行加热，使激光管的温度趋于预先设定的温度值Tset 并达到热平衡状态，利用偏振分光镜将激光管副输出端激光中的水平偏振和竖直偏振激光分量分离，其光功率Pi1(i=1,2,…,n)和Pi2(i=1,2,…,n)由两个相同的光电探测器测量得出，稳频控制模块根据预热算法调整电热器的工作电流值，使水平偏振激光分量的功率值Pi1(i=1,2,…,n)=0，此时激光管主输出端和副输出端的激光为竖直偏振的单纵模激光;（3）预热过程结束后，单纵模激光器Li(i=1,2,…,n)进入稳频控制过程，稳频控制模块进一步微调电热器的工作电流值的大小，使竖直偏振激光分量的功率值Pi2(i=1,2,…,n)趋于最大值，并且根据稳频控制算法控制电热器的工作电流值，使Pi2(i=1,2,…,n)始终保持为最大值，进而使激光的频率趋于稳定数值；（4）将激光管主输出端的激光记为光束Ti(i=1,2,…,n)，其频率记为νi(i=1,2,…,n)，光束Ti(i=1,2,…,n)进入驱动频率为fi(i=1,2,…,n)的声光移频器Si(i=1,2,…,n)进行移频，其对应的输出激光的频率记为νi+fi(i=1,2,…,n)，此激光再由分光镜分为强度比为9:1的两部分光，其中强度相对较大的部分光记为光束Zi(i=1,2,…,n)，作为单纵模激光器Li(i=1,2,…,n)的输出激光，强度相对较小的部分光记为光束Yi(i=1,2,…,n)；（5）将光束Xi(i=1,2,…,n)分别与光束Yi(i=1,2,…,n)进行光学混频形成光学拍频信号，利用光电探测器将光学拍频信号转换为电信号，其频率值Δνi=νi+fi–νr(i=1,2,…,n)由频率测量模块测得，频率调整模块根据测量得到的光学拍频信号的频率值Δνi(i=1,2,…,n)，计算得出光束Xi(i=1,2,…,n)和Yi(i=1,2,…,n)的频率差值νr–νi=fi–Δνi(i=1,2,…,n)，并将声光移频器Si(i=1,2,…,n)的驱动频率fi(i=1,2,…,n)调整为νr–νi(i=1,2,…,n)，从而使单纵模激光器Li(i=1,2,…,n)输出光束Zi(i=1,2,…,n)的频率等于参考光束Xi(i=1,2,…,n)的频率，即νi+ fi = νr(i=1,2,…,n)；（6）循环重复步骤（4）到（5），通过调整声光移频器Si(i=1,2,…,n)的工作频率fi(i=1,2,…,n)，使单纵模激光器Li(i=1,2,…,n)的输出激光Zi(i=1,2,…,n)的频率始终锁定于同一频率值νr。...
【技术特征摘要】
1.一种基于热稳频和声光移频的单纵模激光器互锁方法，其特征在于该方法包括以下步骤: (1)开启参考单纵模稳频激光器的电源，经过预热和稳频过程后，激光器输出单个纵模激光，其光波频率记为此输出光由光纤分束器分离成η > I路，记为光束Xi(i=l，2，…，η)，分别作为单纵模激光器Li (i=l, 2，…，η)频率锁定的参考光束； (2)开启单纵模激光器Li(i=l，2，...，!!)的电源，所有单纵模激光器同时进入预热过程，测量当前环境的温度值，据此设定预热的目标温度Tsrt,且Tsrt高于环境温度，利用电热器对激光器内部的激光管进行加热，使激光管的温度趋于预先设定的温度值Tsrt并达到热平衡状态，利用偏振分光镜将激光管副输出端激光中的水平偏振和竖直偏振激光分量分离，其光功率Pi1 (1=1, 2，…，η)和Pi2 (i=l, 2，…，η)由两个相同的光电探测器测量得出，稳频控制模块根据预热算法调整电热器的工作电流值，使水平偏振激光分量的功率值Pi1Q=I, 2，…，η) =0,此时激光管主输出端和副输出端的激光为竖直偏振的单纵模激光； (3)预热过程结束后，单纵模激光器Li(i=l, 2，…，η)进入稳频控制过程，稳频控制模块进一步微调电热器的工作电流值的大小，使竖直偏振激光分量的功率值Pi2 (i=l，2，…，η)趋于最大值，并且根据稳频控制算法控制电热器的工作电流值，使Pi2Q=I, 2，…，η)始终保持为最大值，进而使激光的频率趋于稳定数值； (4)将激光管主输出端的激光记为光束Ti(i=l, 2，…，η)，其频率记为V i (i=l, 2，…，η)，光束 Ti (i=l, 2，...，η)进入驱动频率为 Zi (i=l, 2，...，η)的声光移频器 Si (i=l, 2，...，η)进行移频，其对应的输出激光的频率记为〃，((^一’…^^此激光再由分光镜分为强度比为9:1的两部分光，其中强度相对较大的部分光记为光束Zi (i=l，2，…，η)，作为单纵模激光器Li (i=l, 2，…，η)的输出激光，强度相对较小的部分光记为光束Yi (i=l, 2，…，η)； ^片等光束乂“^，〗，…，η)分别与光束Yi(i=l，2，…，η)进行光学混频形成光学拍频信号，利用光电探测器将光学拍频信号转...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭久彬，付海金，胡鹏程，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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