用于测量激光源的频率调制的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于测量激光源的频率调制f(t)的方法，其包括以下步骤：‑用调制控制器对一个周期T上的激光源进行调制，‑在相同的周期T期间，执行干涉仪的两个臂之间的差拍光强度的多个测量，所述干涉仪位于激光源的下游，并能够在所述两个臂之间引入延迟τ，所述测量与调制的控制同步，‑从测量来计算频率f(t)，‑在每个周期T期间，f(t)变化，而延迟τ被认为是恒定的，‑延迟τ在多个周期T内随时间变化，‑在相同的周期期间，在时间ti处进行的测量在ti+kT处重复，其中k≥1，并且延迟τ从一次迭代到下一次迭代变化。

A method of frequency modulation for measuring laser sources

The invention relates to a method for measuring frequency modulated laser source f (T) method, which comprises the following steps: modulation controller for laser source in a cycle on T modulation, in period T the same period, between the two arms of the interferometer beat multiple measuring light intensity and the laser interferometer located downstream of the source, and to introduce the delay between the two arms, the measurement and control of synchronous modulation, from measurement to calculate the frequency of F (T), in each cycle during the period of T, f (T), and the delay is considered constant, delay in multi period T change with time, during the same period, measured at time ti repeat at ti+kT, where k is greater than or equal to 1, and the delay from one iteration to the next change.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量激光源的频率调制的方法
本专利技术的领域为激光源的频率调制的测量，以及可能地，对激光源的频率调制的控制。
技术介绍
迄今为止，激光源的频率调制的测量最经常使用迈克尔逊(Michelson)或马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪来实现，所述干涉仪的两个臂的其中一个包括声光调制器。在图1a中示出了这种类型的系统的示例。其包括：-激光源1，其具有对应于频率设定值f0(t)的调制电压的控制器11，所述控制器配备有用于存储数字设定值的单元111和用于将这些数字设定值转换为模拟信号f0(t)的转换器112；-耦合器12，其对一部分发射的光进行采样，以将光发送至干涉仪2；-双臂Mach-Zehnder干涉仪2，其在一个臂上具有延迟线21，并且在另一个臂上，具有与RF发生器221相关联的声光调制器(或“modulateuracousto-optique，MAO”)22，以及两个耦合器，一个耦合器23使得光优选地分解为两个相等的部分，而另一个耦合器24使得通过两个臂的光重组；-光电二极管3，其能够将由干涉仪所产生的差拍的光强度信号转换为模拟电信号；-测量装置4，其用于测量由光电二极管3所传递的信号，其包括转换器41、转换器42和存储单元43；所述转换器41用于将这些模拟信号转换为数字信号；所述转换器42用于将发生器的模拟信号转换为数字信号，并且与发生器221相互连接；所述存储单元43用于在预设时间存储由转换器41和42所产生的数字信号；-处理单元5，其用于处理已存储的信号，并将设定的电压发送至控制器11；以及-同步装置6，其位于存储单元43、声光调制器22(经由转换器42和发生器221)和电压控制器11之间。通过分析从干涉仪输出的信号来确定频率；这涉及分别来自两个臂的两个信号之间的差拍信号。那么，由光电二极管(不包括任意DC部件)测量的信号为：其中，为激光源的相位，fmao为声光调制器的频率，以及τ为光纤引起的、并且与Mach-Zehnder干涉仪2的两个臂之间的路径差相对应的延迟。相位差为根据以下关系式的激光的频率f(t)的特征：为了评估激光的频率，因而建议计算：x(t)·exp(-2iπfmaot)然后应用截止频率低于fmao的低通滤波器。然后发现z(t)为：然后，对幅角z(t)的估算最终使得能够根据等式(1)推导出激光的频率。该方法取决于由声光调制器引起的频率转移。声光调制器是易于直接补偿使用声光调制器的系统的尺寸、重量、电功耗、可靠性和成本的部件。这些补偿也可以是间接的。例如，由于由声光调制器所引起的干扰，可能需要对检测链进行电磁屏蔽。此外，可能需要注意的是，在中高频工作需要使用更复杂的检测链。其他的解决方案允许测量激光源的频率调制。最简单的解决方案是基于使用在正交相位附近是“不模糊的”的干涉仪，例如具有非常短延迟的Mach-Zehnder干涉仪，或具有较大的自由光谱范围的光谐振器。在图1b中示出了配备有法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振器的这种类型的系统的示例。其包括：-激光源1，其具有对应于频率设定值f0(t)的调制电压的控制器11，所述控制器配备有用于存储数字设定值的单元111和用于将这些数字设定值转换为模拟信号f0(t)的转换器112；-耦合器12，其对一部分发射的光采样，以将光发送至干涉仪2；-Fabry-Perot谐振器2；-光电二极管3，其能够将谐振器2所产生的光强度信号转换为模拟电信号；-测量装置4，其用于测量由光电二极管3所传递的信号，其包括转换器41和存储单元43；所述转换器41用于将这些模拟信号转换为数字信号；所述存储单元43用于在预设时间存储由转换器41所产生的数字信号；-处理单元5，其用于处理已存储的信号，并用于将设定的电压发送至控制器11；以及-同步装置6，其位于存储单元43和电压控制器11之间。在这种情况下，从干涉仪或谐振器输出的、并由光电二极管测量的信号可以表示为：x(t)＝A·F(f(t))其中，A是取决于入射功率的比例系数，F是在激光的频率f(t)＝fmoy+Δf(t)的可能偏移范围内的单调(因此，可逆)函数。例如，在短延迟干涉仪的情况下，如果功率被完美平衡，则得到：函数可逆的必要条件是τ足够小，使得|2πΔf(t)τ|＜π。因此，不幸地，这种技术不适合于同时要求大的调制动态范围和高测量精度的应用。此外，比例系数A对功率的依赖性可能降低可以测量的频率的精度。最后，系统中的漂移可能导致测量中的漂移(例如，干涉仪的两个通道之间的功率平衡的损失或谐振器的响应中的任何频谱偏移)。最后一个解决方案在于，同时测量由双臂双干涉仪所产生的干涉信号的相位分量和正交分量。在图1c中示出了具有Mach-Zehnder干涉仪的这种类型系统的一个示例。其包括：-激光源1，其具有对应于频率设定值f0(t)的调制电压的控制器11，所述控制器配备有用于存储数字设定值的单元111和用于将所述数字设定值转换为模拟信号f0(t)的转换器112；-耦合器12，其对一部分发射的光进行采样，以将光发送至干涉仪2；-双臂Mach-Zehnder干涉仪2，其具有耦合器23、在一个臂上的延迟线21，以及在另一个臂上的耦合器25；所述耦合器23用于将由耦合器12接收的光优选地分解为两个相等的部分，所述耦合器25将光信号分解为：○相位分量，其然后利用耦合器241与通过另一个臂的光重新组合；以及○正交分量，其利用元件22(例如，四分之一波片)而获得，然后其利用耦合器242与通过另一个臂的光重新组合。-第一光电二极管31，其能够将由干涉仪所产生的延迟信号和相位分量之间的差拍的光强度信号转换为第一模拟电信号；-第二光电二极管32，其能够将由干涉仪所产生的延迟信号和正交分量之间的差拍的光强度信号转换为第二模拟电信号；-测量装置4，其用于测量由光电二极管31、32所传递的信号，其包括连接至第一二极管31的转换器41、连接至第二二极管32的转换器42以及存储单元43，所述存储单元43用于在预设时间存储由转换器41和42所产生的数字信号；-处理单元5，其用于处理已存储的信号，并将设定的电压发送至控制器11；以及-同步装置6，其位于存储单元43和电压控制器11之间。在这种情况下，和被测量，其中A、B、C、D是依赖于干涉仪的入射功率和通道之间的功率平衡的系数。对这些系数的完全了解使得能够测量以下内容：由于该技术使能使用高精细度的干涉仪(即，包括较长延迟)而获得的精度和动态范围之间能够良好折中，因此该技术是有利的。该技术使得能够避免使用任何的声光调制器。然而，该技术需要非时变四分之一波片。此外，该技术要求非常精确地控制相位、同时获取两个信号、以及对系数A、B、C、D的良好了解，所述系数依赖于入射功率和通道的功率平衡，并因此易于随着时间漂移。
技术实现思路
本专利技术的目的是减轻这些缺点。具体地，至今仍然需要一种用于测量激光源的频率调制的方法，该方法在精度和动态范围之间提供良好折中方面、在用于实施该方法的系统的成本、体积和可靠性方面，同时满足所有的上述的要求。根据本专利技术，激光源的频率调制的测量也通过使用双臂干涉仪(例如，Mach-Zehnder或Michelson类型)来实现，其双臂的其中一个偏移一个延迟，但是该测量具有以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量激光源(1)的频率调制f(t)的方法，其包括以下步骤：‑用调制控制器(11)对一个周期T上的激光源进行调制；‑在给定周期T内，执行干涉仪(2)的两个臂之间的差拍光强度的多个测量，所述干涉仪(2)位于激光源的下游，并能够在所述两个臂之间引入延迟τ，所述测量与调制的控制同步；并且‑根据测量来计算频率f(t)；其特征在于：‑在每个周期T期间，f(t)变化，而延迟τ具有小于1％的相对变化；‑延迟τ在多个周期T内根据时间而变化，τ>10％λ/c，其中c为光速，而λ为激光源的波长；以及‑在给定周期内的时间ti处执行的测量在ti+kT处重复，其中k≥1，并且延迟τ从一次迭代到下一次迭代变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.26 FR 15006031.一种用于测量激光源(1)的频率调制f(t)的方法，其包括以下步骤：-用调制控制器(11)对一个周期T上的激光源进行调制；-在给定周期T内，执行干涉仪(2)的两个臂之间的差拍光强度的多个测量，所述干涉仪(2)位于激光源的下游，并能够在所述两个臂之间引入延迟τ，所述测量与调制的控制同步；并且-根据测量来计算频率f(t)；其特征在于：-在每个周期T期间，f(t)变化，而延迟τ具有小于1％的相对变化；-延迟τ在多个周期T内根据时间而变化，τ>10％λ/c，其中c为光速，而λ为激光源的波长；以及-在给定周期内的时间ti处执行的测量在ti+kT处重复，其中k≥1，并且延迟τ从一次迭代到下一次迭代变化。2.根据前一权利要求所述的用于测量激光源的频率调制f(t)的方法，其特征在于，根据延迟τ的时间的变化通过压电装置来激励。3.根据前述权利要求中的一项所述的用于测量激光源的频率调制f(t)的方法，其特征在于，所述计算包括：-组织反复的测量，该测量为以向量x(t)的形式从一个周期到下一个周期同源，0≤t≤T；-这些向量x(t)描述了椭圆柱，计算了圆柱体的轴线w0；以及-沿着轴线w0，投影至确定的平面上，该投影通过作为函数f(t)的角度来参数化。4.根据前一权利要求所述的用于测量激光源的频率调制f(t)的方法，其特征在于，f(t)的函数的角度被展开至一阶，并且角度与f(t)成比例。5.根据前述权利要求中的一项所述的用于测量激光源的频率调制f(t)的方法，其特征在于，周期T为大约几微秒，并且延迟τ在从一秒到几分钟变化的期间内变化。6.一种用于将...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·米内，G·皮耶，P·费内鲁，
申请(专利权)人：泰勒斯公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR