一种双干涉仪的激光稳频系统技术方案

本发明专利技术提供了一种双干涉仪的激光稳频系统，包括激光器、耦合器、第一光纤干涉仪、第二光纤干涉仪、第一光电探测器、第二光电探测器、第一混频器、第二混频器、第一滤波器，第二滤波器、移相器、加法器、频率参考源、频率综合器和反馈电路。本发明专利技术能够利用时延较大的光纤干涉仪保证锁定激光器近频端良好的噪声特性，同时利用时延较小的光纤干涉仪提供较大锁定带宽，改善激光器远端的噪声特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光稳频领域，尤其涉及一种双干涉仪的激光稳频系统。技术背景超稳激光器不仅仅是原子光频标的重要组成部分，还广泛应用于超低噪声微波信号的产生、喷泉钟的升级、光频传输网络、引力波的测量以及相对论的验证等。目前世界上所使用Hz量级的稳频激光器最多的是采用基于Pound-Drever-Hall(PDH)方法锁频的超稳腔稳频激光器。这种稳频激光器具有优良的性能，却也存在着一些缺点：光学结构复杂，需要光路和腔的空间模式精确匹配；系统昂贵，体积巨大，对环境参数敏感；不容易对激光器的频率进行调节。相比较之下，光纤干涉仪稳频激光器结构简单，环境敏感度较低，体积小，价格较低，更可以对激光频率进行调节。然而，光纤干涉仪作为频率/相位转换器，其传递函数为：当时，Γ(f)≈2πτ传递函数存在一系列的零点，即1/τ的整数倍处，干涉仪的响应为零，也就是1/τ限制了干涉仪的响应带宽。选择更大的环路带宽即较小的光纤长度差的干涉仪，可以在更大频域范围内抑制激光器的频率噪声。另外，当时，传递函数近似一条直线，即为2πτ，可见在干涉仪带宽内，延迟时间越长，频率噪声的增益越大，即探测灵敏度越大。并且，探测系统的噪声不受光纤延迟时间的影响，更大的时延可以提高探测系统的信噪比。总的来说，增加光纤长度会提高光纤干涉仪稳频系统的信噪比，但是会减小系统的环路带宽，因此，光纤干涉仪稳频激光器的干涉仪长度差的选择只能是环路带宽和系统信噪比的折中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种双干涉仪的激光稳频系统，使用两个时延不同的光纤干涉仪作为激光频率的参考，调制解调模块进行误差探测，反馈控制回路对激光器进行稳频。本专利技术提供的这种激光稳频系统能够利用时延较大的光纤干涉仪保证锁定激光器近频端良好的噪声特性，同时依据时延较小的光纤干涉仪提供较大锁定带宽，改善激光器远端的噪声特性。本专利技术的技术方案如下：一种双干涉仪的激光稳频系统，其特点在于，包括激光器、耦合器、第一光纤干涉仪、第二光纤干涉仪、第一光电探测器、第二光电探测器、第一混频器、第二混频器、第一滤波器，第二滤波器、移相器、加法器、频率参考源、频率综合器和反馈电路；所述激光器的输出光经过耦合器分为二束，沿第一束光路方向依次是所述的第一光纤干涉仪和第一光电探测器，该第一光电探测器将接收的光信号转换为电信号后传输到所述的第一混频器，沿第二束光路方向依次是所述的第二光纤干涉仪和第二光电探测器，该第二光电探测器将接收的光信号转换为电信号后传输到所述的第二混频器；所述的频率参考源发出的频率经过所述的频率综合器分别向所述的第一光纤干涉仪和第二光纤干涉仪进行调制，并分别向所述的第一混频器和第二混频器输出的电信号进行解调，输出误差信号，该误差信号一路经第一滤波器，另一路依次经所述的第二滤波器和移相器，两路误差信号经所述的加法器加成后，经所述的反馈电路对激光器进行反馈稳频；当所述的第一光纤干涉仪的时延比所述的第二光纤干涉仪的时延大，则所述的第一滤波器为低通滤波器，第二滤波器为带通滤波器；当所述的第一光纤干涉仪的时延比所述的第二光纤干涉仪的时延小，则所述的第一滤波器为带通滤波器，第二滤波器为低通滤波器。所述的第一光纤干涉仪和第二光纤干涉仪均为不等臂的迈克尔逊式光纤干涉仪，且时延不同，时延较大的光纤干涉仪可以保证锁定激光器近频端良好的噪声特性，时延较小的光纤干涉仪可以提供较大锁定带宽，改善激光器远端的噪声特性。所述的移相器对两路误差信号进行相位匹配。可选地，所述装置的光路为基于光纤的光路。可选地，所述干涉仪为不等臂迈克尔逊式光纤干涉仪。可选地，所述干涉仪的误差信号的探测使用的是外差式探测。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：使用低通滤波器、带通滤波器被动选择工作环路，利用时延不同的光纤干涉仪作为激光频率的参考，可以在利用时延较大的光纤干涉仪保证近频端良好的噪声特性前提下，利用时延较小的光纤干涉仪提供较大锁定带宽，改善激光器远端的噪声特性，通过反馈控制回路，达到更好的稳频效果。附图说明图1为本专利技术双干涉仪的激光稳频系统的结构示意图。附图标记说明：1-激光器；2-耦合器；3-第一光纤干涉仪；4-第二光纤干涉仪；5-第一光电探测器；6-第二光电探测器；7-第一混频器；8-第二混频器；9-第一滤波器；10-第二滤波器；11-移相器；12-加法器；13-频率参考源；14-频率综合器；15-反馈电路。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方案作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为本专利技术双干涉仪的激光稳频系统的结构示意图。如图1所示，双干涉仪的激光稳频系统：包括在激光器1光路上经过耦合器2分成两束后，一束依次经过时延较大的第一光纤干涉仪3，第一光电探测器5，另一束依次经过时延较小的第二光纤干涉仪4，第二光电探测器6；所述光纤干涉仪均为不等臂的迈克尔逊式光纤干涉仪，光电探测器接收到经过干涉仪的光信号，输出相应电信号；用以进行外差式误差探测的调制解调模块，包括频率参考源13，频率综合器14，第一混频器7，第二混频器8；所述频率参考源发出的频率，经过频率综合器，向第一光纤干涉仪3、第二光纤干涉仪4提供ν的频率进行调制，并由于迈克尔逊式干涉仪中光两次经过声光调制器，向第一混频器7、第二混频器8提供2ν的频率对所述光电探测器输出的电信号进行解调，输出误差信号；用以对激光器进行反馈的反馈控制回路，包括第一滤波器9，第二滤波器10，移相器11，加法器12，反馈电路15；所述第一滤波器9为低通滤波器，所述第二滤波器10为带通滤波器；所述解调后的误差信号，一路经过低通滤波器，一路经过带通滤波器、移相器，两路信号加成，经过反馈电路对激光器进行反馈稳频。可理解的是，第一滤波器为低通滤波器，截止频率根据第一光纤干涉仪(较大)时延差进行选择；第二滤波器为带通滤波器，低端截止频率根据第一光纤干涉仪(较大)时延差进行选择,高端截止频率根据第二光纤干涉仪(较小)时延差进行选择。即，在近频端第一光纤干涉仪环路工作，在远频端第二光纤干涉仪环路工作。可理解的是，为进行两个环路的相位匹配，需要在一个环路中使用移相器，以保证稳频系统的正常锁定。在具体应用中，举例来说，所述频率综合器提供调制信号，调制信号为75MHz。由于激光信号在长臂中往返两次经过声光调制器，因此光电管探测出来的是150MHz的射频信号，该信号与由可调频率综合器调制提供的150MHz解调信号进行混频，得到误差信号。在具体应用中，举例来说，所述反馈回路可以通过快速变化信号反馈给声光调制器(AOM),慢速信号反馈给激光器的压电陶瓷(PZT)频率控制端口以对激光器进行稳频。在具体应用中，举例来说，所述干涉仪为不等臂迈克尔逊光纤干涉仪。在具体应用中，举例来说，所述干涉仪的误差信号的探测使用的外差式探测。本实施例的一种激光稳频系统针对光纤干涉仪稳频激光器的干涉仪长度差的选择只能是环路带宽和系统信噪比的折中，提出了双干涉仪结构。利用控制模块选择时延不同的光纤干涉仪作为激光频率的参考，可以在保证近频端良好的噪声特性前提下，依据时延较小的光纤干涉仪提供较大锁定带宽，改善激光器远端的噪声特性，通过反馈环路，达到更好的稳频效果。最后应说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双干涉仪的激光稳频系统，其特征在于，包括激光器(1)、耦合器(2)、第一光纤干涉仪(3)、第二光纤干涉仪(4)、第一光电探测器(5)、第二光电探测器(6)、第一混频器(7)、第二混频器(8)、第一滤波器(9)，第二滤波器(10)、移相器(11)、加法器(12)、频率参考源(13)、频率综合器(14)和反馈电路(15)；所述的激光器(1)的输出光经过耦合器(2)分为二束，沿第一束光路方向依次是所述的第一光纤干涉仪(3)和第一光电探测器(5)，该第一光电探测器(5)将接收的光信号转换为电信号后传输到所述的第一混频器(7)，沿第二束光路方向依次是所述的第二光纤干涉仪(4)和第二光电探测器(6)，该第二光电探测器(6)将接收的光信号转换为电信号后传输到所述的第二混频器(8)；所述的频率参考源(13)发出的频率经过所述的频率综合器(14)分别向所述的第一光纤干涉仪(3)和第二光纤干涉仪(4)进行调制，并分别向所述的第一混频器(7)和第二混频器(8)输出的电信号进行解调，输出误差信号，该误差信号一路经第一滤波器(9)，另一路依次经所述的第二滤波器(10)和移相器(11)，两路误差信号经所述的加法器(12)加成后，经所述的反馈电路(15)对激光器(1)进行反馈稳频；当所述的第一光纤干涉仪(3)的时延比所述的第二光纤干涉仪(4)的时延大，则所述的第一滤波器(9)为低通滤波器，第二滤波器(10)为带通滤波器；当所述的第一光纤干涉仪(3)的时延比所述的第二光纤干涉仪(4)的时延小，则所述的第一滤波器(9)为带通滤波器，第二滤波器(10)为低通滤波器。...

【技术特征摘要】
1.一种双干涉仪的激光稳频系统，其特征在于，包括激光器(1)、耦合器(2)、第一光纤干涉仪(3)、第二光纤干涉仪(4)、第一光电探测器(5)、第二光电探测器(6)、第一混频器(7)、第二混频器(8)、第一滤波器(9)，第二滤波器(10)、移相器(11)、加法器(12)、频率参考源(13)、频率综合器(14)和反馈电路(15)；所述的激光器(1)的输出光经过耦合器(2)分为二束，沿第一束光路方向依次是所述的第一光纤干涉仪(3)和第一光电探测器(5)，该第一光电探测器(5)将接收的光信号转换为电信号后传输到所述的第一混频器(7)，沿第二束光路方向依次是所述的第二光纤干涉仪(4)和第二光电探测器(6)，该第二光电探测器(6)将接收的光信号转换为电信号后传输到所述的第二混频器(8)；所述的频率参考源(13)发出的频率经过所述的频率综合器(14)分别向所述的第一光纤干涉仪(3)和第二光纤干涉仪(4)进行调制，并分别向所述的第一混频器(7)和第二混频器(8)输出的电信号进行解调，输出误差信号，该误差信号一路经第一滤波器(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪凌珂，李唐，刘亮，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31