一种双信号探测激光稳频集成光路装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种双信号探测激光稳频一体化集成光路装置，涉及激光稳频装置领域，该装置包括激光器、电光调制器、激光稳频集成光学平台、RAM信号光电探测器和PDH信号光电探测器，其中集成光学平台包括平台底座、准直系统、分束隔离元件、透镜、第一反射镜、第二反射镜和超稳腔；激光信号依次经过电光调制器、准直系统和分束隔离元件，分束隔离元件分离激光信号，一路光束反射输入RAM信号光电探测器，另一路光束经透镜、第一反射镜和第二反射镜反射，其中部分激光信号传输到超稳腔内完成腔耦合，其余激光信号原路返回到分束隔离元件并反射输入PDH信号光电探测器。本发明专利技术有效地提高了光学平台的便携度和抗干扰能力，实现最大化降低RAM噪声水平。

【技术实现步骤摘要】
一种双信号探测激光稳频集成光路装置
本专利技术涉及激光稳频装置领域，更具体地，涉及一种双信号探测激光稳频集成光路装置。
技术介绍
激光稳频技术是指把激光的光频率通过反馈控制锁定在超稳的外部频率参考上，使之满足一定的频率稳定度要求。在空间环境或户外等非实验室环境中，激光稳频系统需要特定的模式匹配光学系统对入射激光进行光束整形和对准，因此需要足够的机械强度和稳定度以承受非实验室环境中振动或冲击的噪声干扰。除此之外，光路系统还存在剩余幅度调制噪声（ResidualAmplitudeModulation—RAM），在光路系统中RAM噪声信号与激光稳频的测量信号会混叠在一起无法分辨，即使对其以主动反馈补偿的方式进行抑制，如果RAM噪声的测量光路与稳频信号测量光路的光程不等价，则残留的RAM噪声依然会影响激光频率的稳定度。目前PDH激光稳频的实验系统普遍将超稳腔单独安装在真空和温控等抑制环境噪声的子装置中，但这种系统中稳频信号的探测光路会比RAM噪声探测光路多出一段往返进出真空和温控系统的光程，而且系统的紧凑度和便携度较低，光学系统的抗干扰、抗冲击能力也较差，不利于在非实验室环境甚至空间环境中的应用。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述存在RAM噪声干扰的缺陷，提供一种能有效抑制RAM噪声干扰的双信号探测激光稳频集成光路装置。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种双信号探测激光稳频集成光路装置，激光器、电光调制器、激光稳频集成光学平台、RAM信号光电探测器和PDH信号光电探测器，其中激光稳频集成光学平台包括平台底座、准直系统、分束隔离元件、透镜、第一反射镜、第二反射镜和超稳腔，所述准直系统、分束隔离元件、透镜、第一反射镜、第二反射镜和超稳腔设置在平台底座上；所述激光器输出的激光信号依次经过电光调制器、准直系统和分束隔离元件，激光信号在分束隔离元件处分离为S偏振光和P偏振光，其中S偏振光经反射输入RAM信号光电探测器，P偏振光透射穿过分束隔离元件并依次经过透镜、第一反射镜和第二反射镜，部分激光信号输入超稳腔腔体内完成腔耦合，其余激光信号在超稳腔输入端被反射且依次经过第二反射镜、第一反射镜、透镜和分束隔离元件，并由分束隔离元件反射输入到PDH信号光电探测器中。本专利技术采用单片式集成光路的方法，结合较强机械强度的光学元件粘合手段，将激光稳频系统中的超稳腔、腔耦合与模式匹配光路、光纤准直光学系统和RAM信号探测光路集成在一个一体化的光学平台中，其中装置中的光路采用光学设计软件对光学元件的参数、定位进行优化设计，使激光与腔模的模式匹配率最大化；另外，平台的几何尺寸、机械参数通过仿真软件进行优化计算，使该装置的机械稳定性、抗冲击性能最大化。优选地，该装置还包括恒温箱、真空室、真空光纤导引和单模保偏光纤，其中，真空室设置在恒温箱内，激光稳频集成光学平台、PDH信号光电探测器和RAM信号光电探测器设置在真空室内，激光器和电光调制器设置在恒温箱外部，且恒温箱对应激光器激光信号输入位置设置有小孔；所述真空光纤导引通过满足真空度要求的真空法兰安装在真空室的室壁上，用于导引真空室内外的激光传输；所述单模保偏光纤从电光调制器出射端开始经恒温箱所设置的小孔依次连接真空光纤导引和准直系统。本方案设置真空室、恒温箱、真空光纤导引和单模保偏光纤，保证PDH信号光电探测器和RAM信号光电探测器所测量到的信号光在相同的温度和气压等影响光程的变化的环境条件中，经过了同等长度的光纤、真空导引和光纤准直的光程，实现最高程度的光程等价,确保将PDH稳频信号中混叠的RAM噪声进行最大程度的抑制。优选地，环路结构还包括调制信号源、第一电子混频器和第二电子混频器，所述调制信号源、第一电子混频器和第二电子混频器设置在恒温箱外部；其中PDH信号光电探测器测量到的PDH信号与调制信号源发出的调制信号输入到第一电子混频器进行解调，解调后的误差信号反馈到激光器中对激光频率进行控制；RAM信号光电探测器测量到的RAM信号与调制信号源发出的调制信号输入到第二电子混频器进行解调，解调后的RAM信号反馈到电光调制器中对RAM信号进行主动抑制。优选地，超稳腔包括平面腔镜、凹面腔镜和中空通光腔体，其中平面腔镜设置在中空通光腔体的入射端，凹面腔镜设置在中空通光腔体的出射端。其中平面腔镜和凹面腔镜为超高反射率的玻璃元器件。优选地，超稳腔中的平面腔镜和凹面腔镜采用超高反射率的镀膜，其中镀膜的反射率大于99.99%，腔精细度高于30000，从而保证激光频率所能达到的稳定度。优选地，分束隔离元件包括偏振分光镜和1/4波片。入射激光中的S偏振光被偏振分光镜反射，从超稳腔中空腔体的倾斜通孔中通过并输入到光电探测器中；P偏振光通过1/4玻片转化成圆偏光后依次经过透镜、第一反射镜和第二反射镜进入超稳腔中。优选地，分束隔离元件与底座间设置有2°~4°的倾角，分束隔离元件与透镜间设置有2°~4°的倾角，此倾角用于降低由于光学元件表面残余反射光的标准具效应所产生的噪声。优选地，平台底座、超稳腔、准直系统、分束隔离元件、平面腔镜、凹面腔镜、透镜、第一反射镜和第二反射镜的制作材料包括低热膨胀系数的玻璃材料，如熔融石英，或是Zerodur、ULE等超低热膨胀的商业玻璃产品，从而增加光学系统的温度稳定性。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：1、将激光稳频系统中的超稳腔、模式匹配光路和RAM探测光路等集成到一个紧凑的单片式超稳玻璃光学平台中，提高了便携度以及各关键光路互相之间的光学接口稳定性和抗干扰能力，使其在非实验室环境或其他环境中的应用更为可靠和稳定；2、在同一个光学平台中集成了频率误差信号和RAM信号的测量，实现了两路探测信号最大程度的光程等价性，避免了温度和气压等环境差异对光程的影响，从而最大化地降低激光频率锁定的RAM噪声水平。附图说明图1为本专利技术实施例的激光稳频集成光学平台结构示意图。图2为本专利技术实施例的双信号探测激光稳频集成光路装置的光路结构示意图。其中：1.平台底座，2.准直系统，3.分束隔离元件，4.透镜，5.第一反射镜，6.第二反射镜，7.平面腔镜，8.超稳腔，9.凹面腔镜，10.激光器，11.电光调制器，12.恒温箱，13.真空室，14.真空光纤导引，15.单模保偏光纤，16.激光稳频集成光学平台，17.RAM信号光电探测器，18.PDH信号光电探测器，19.第一电子混频器，20.第二电子混频器，21.调制信号源。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。双信号探测激光稳频集成光路装置包括：激光稳频集成光学平台16和PDH激光稳频光路及RAM噪声探测控制的环路结构。如图1所示，为本专利技术实施例的激光稳频集成光学平台结构示意图。激光稳频集成光学平台16包括平台底座1、准直系统2、分束隔离元件3、透镜4、第一反射镜5、第二反射镜6和超稳腔8，所述准直系统2、分束隔离元件3、透镜4、第一反射镜5、第二反射镜6和超稳腔8位于平台底座1上。其中，分束隔离元件3由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双信号探测激光稳频集成光路装置，其特征在于：包括激光器（10）、电光调制器（11）、激光稳频集成光学平台（16）、RAM信号光电探测器（17）和PDH信号光电探测器（18），其中激光稳频集成光学平台（16）包括平台底座（1）、准直系统（2）、分束隔离元件（3）、透镜（4）、第一反射镜（5）、第二反射镜（6）和超稳腔（8），所述准直系统（2）、分束隔离元件（3）、透镜（4）、第一反射镜（5）、第二反射镜（6）和超稳腔（8）设置在平台底座（1）上；所述激光器（10）输出的激光信号依次经过电光调制器（11）、准直系统（2）和分束隔离元件（3），激光信号在分束隔离元件（3）处分离为S偏振光和P偏振光，其中S偏振光经反射输入RAM信号光电探测器（17），P偏振光透射穿过分束隔离元件（3）并依次经过透镜（4）、第一反射镜（5）和第二反射镜（6），部分激光信号输入超稳腔（8）腔体内完成腔耦合，其余激光信号在超稳腔（8）输入端被反射且依次经过第二反射镜（6）、第一反射镜（5）、透镜（4）和分束隔离元件（3），并由分束隔离元件（3）反射输入到PDH信号光电探测器（18）中。

【技术特征摘要】
1.一种双信号探测激光稳频集成光路装置，其特征在于：包括激光器（10）、电光调制器（11）、激光稳频集成光学平台（16）、RAM信号光电探测器（17）和PDH信号光电探测器（18），其中激光稳频集成光学平台（16）包括平台底座（1）、准直系统（2）、分束隔离元件（3）、透镜（4）、第一反射镜（5）、第二反射镜（6）和超稳腔（8），所述准直系统（2）、分束隔离元件（3）、透镜（4）、第一反射镜（5）、第二反射镜（6）和超稳腔（8）设置在平台底座（1）上；所述激光器（10）输出的激光信号依次经过电光调制器（11）、准直系统（2）和分束隔离元件（3），激光信号在分束隔离元件（3）处分离为S偏振光和P偏振光，其中S偏振光经反射输入RAM信号光电探测器（17），P偏振光透射穿过分束隔离元件（3）并依次经过透镜（4）、第一反射镜（5）和第二反射镜（6），部分激光信号输入超稳腔（8）腔体内完成腔耦合，其余激光信号在超稳腔（8）输入端被反射且依次经过第二反射镜（6）、第一反射镜（5）、透镜（4）和分束隔离元件（3），并由分束隔离元件（3）反射输入到PDH信号光电探测器（18）中。2.根据权利要求1所述的双信号探测激光稳频集成光路装置，其特征在于：所述装置还包括恒温箱（12）、真空室（13）、真空光纤导引（14）和单模保偏光纤（15），所述真空室（13）设置在恒温箱（12）内，激光稳频集成光学平台（16）、PDH信号光电探测器（18）和RAM信号光电探测器（17）设置在真空室（13）内，激光器（10）和电光调制器（11）设置在恒温箱（12）外部，且恒温箱（12）对应激光器（10）激光信号输入位置设置有小孔；所述真空光纤导引（14）通过满足真空度要求的真空法兰安装在真空室（13）的室壁上，用于导引真空室（13）内外的激光传输；所述单模保偏光纤（15）从电光调制器（11）出射端开始经恒温箱...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆颖欣，段会宗，李祝，薛超，叶贤基，梅健伟，罗俊，覃璇，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44