基于多程声光移频技术的声光扫频系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多程声光移频技术的声光扫频系统，涉及多程声光移频技术领域。本系统包括第1、2、3二分之一波片，第1、2、3偏振分光棱镜，法拉第旋光器，格兰泰勒棱镜，第1、2反射镜，第1、2、3平凸透镜，第1、2直角反射镜，声光调制器，射频驱动源，电动旋转台，四分之一波片，光电探测器，第1、2电缆线和反馈模块。本发明专利技术在已有的多程声光移频技术的基础上，利用同步扫描、角度控制和功率稳定等技术，实现了兼具高带宽、高衍射效率以及高纯净度等优点的声光扫频技术，为光谱学、激光通信和冷原子实验等领域提供了一个优良的实用技术。

Acousto-optic sweeping system based on multi-pass acousto-optic frequency shift technology

【技术实现步骤摘要】
基于多程声光移频技术的声光扫频系统
本专利技术涉及多程声光移频
，尤其涉及一种基于多程声光移频技术的声光扫频系统。
技术介绍
激光的大范围扫频技术在光通信、光谱学以及冷原子物理等多方面有着重要的应用。拍频锁相等技术可以直接对激光器的输出激光进行扫频，其带宽较大，但是具体实现时通常需要另一台已锁频的激光器和一系列相关器件，价格昂贵，而且无法兼顾扫描精度与扫描速度。除了激光器直接扫描外，实验中通常使用电光调制器或者声光调制器对激光进行扫频操作。电光调制器具有很高的带宽，但是其效率理论上低于34％，且产生的移频光与载波光无法分开，影响激光的纯净度；而声光调制器虽然在空间上将两个光分开，但它的移频范围和带宽通常较小，而一些高带宽声光调制器往往效率极低。针对电光调制器和声光调制器所存在的缺陷，有人提出了一些方法。比如利用锯齿波驱动电光调制器可以极大地提高它的效率，但是受锯齿波的限制其带宽只有不到2GHz，而且无法解决移频光与载波光的重合问题，可参考文献(Wideband,efficientopticalserrodynefrequencyshiftingwithaphasemodulatorandanonlineartransmissionline，R.Houtz等，Opt.Express第17卷，19235页，2009年)；四程声光移频技术的移频范围可达2GHz，且效率能达到25％，但其带宽很小，仅有几十MHz，可参考文献(Afour-passacousto-opticmodulatorsystemforlasercoolingofsodiumatoms，B.Lu等，Rev.Sci.Instrum.第88卷,076105页，2017年)；高阶声光移频尽管移频范围大，可达几个GHz，但其带宽较低且效率非常低，高阶时仅有0.1％甚至更低，可参考文献(Highcoherentbi-chromaticlaserwithgigahertzsplittingproducedbythehighdiffractionordersofacousto-opticmodulatorusedforcoherentpopulationtrappingexperiments，P.Yun等，Rev.Sci.Instrum.第82卷,123104页，2011年)。由此可见现有的技术均存在一定的缺陷，无法同时满足带宽、效率、激光纯净度、扫描速度和精度等多方面的要求。因此我们需要一个兼具带宽高，效率高和激光纯净度高等优点的扫频技术。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种基于多程声光移频技术的声光扫频系统，即利用已有的多程声光移频技术，实现高带宽、高效率和激光纯净的大范围扫频。本专利技术的目的是这样实现：通过12次通过声光调制器，实现大范围的移频。通过对射频驱动源与电动旋转台的实时控制，保证了高带宽和高效率，从而实现大范围扫频。如图1，本系统包括第1、2、3二分之一波片，第1、2、3偏振分光棱镜，法拉第旋光器，格兰泰勒棱镜，第1、2反射镜，第1、2、3平凸透镜，第1、2直角反射镜，声光调制器，射频驱动源，电动旋转台，四分之一波片、，光电探测器，第1、2电缆线和反馈模块；其位置和连通关系是：第1二分之一波片、第2偏振分光棱镜、法拉第旋光器和格兰泰勒棱镜依次排列，其中第2偏振分光棱镜的透射偏振方向与格兰泰勒棱镜透射偏振方向相差45°，且改变方向与法拉第旋光器旋转方向一致；第2二分之一波片、第2偏振分光棱镜和第一反射镜依次排列和交互，第2二分之一波片的偏振轴方向保证入射光a1有最大透过率；第1平凸透镜、第1直角反射镜、第2平凸透镜、声光调制器、第3平凸透镜、四分之一波片、第2直角反射镜和第2反射镜依次排列和交互；第2平凸透镜与第3平凸透镜焦距相同且小于第1平凸透镜的焦距；第1直角反射镜与第1平凸透镜右侧焦平面及第2平凸透镜的左侧焦平面均重合；声光调制器晶体中心与第2平凸透镜右焦点及第3平凸透镜左焦点重合；第2直角反射镜、第2反射镜均与第3平凸透镜右侧焦平面重合；四分之一波片位于第二反射镜前方；上述所有器件将共同构成一个12程声光移频系统；射频驱动源、电动旋转台均与声光调制器连接，构成同步扫频与角度控制模块；第3二分之一波片、第3偏振分光棱镜、光电探测器、第1电缆线、反馈模块、第2电缆线和射频驱动源依次连通和交互，构成功率稳定模块。本专利技术具有下列优点和积极效果：1、带宽高：其带宽可达1GHz以上；2、效率高：在整个带宽范围内其效率均在5％以上，最高效率可达15％以上；3、纯净度较好：由于声光调制器载波与衍射光空间分开，最终消光比高于50：1，远高过电光调制器；4、扫描精度高，速度快：扫频由射频驱动源的输出频率决定，而速度则取决于电动旋转台的转速，本专利技术可以兼顾扫描速度与扫描精度；5、工作模式灵活：除了扫频模式外，也可以用于跳频工作模式。总之，在已有的多程声光移频技术的基础上，利用同步扫描、角度控制和功率稳定等技术，实现了兼具高带宽、高衍射效率以及高纯净度等优点的声光扫频技术；为光谱学、激光通信和冷原子实验等领域提供了一个优良的实用技术。附图说明图1为本系统的结构方框图；其中：1-1—第1二分之一波片，1-2—第2二分之一波片；2-1—第1偏振分光棱镜，2-2—第2偏振分光棱镜；3—法拉第旋光器；4—格兰泰勒棱镜；5-1—第1反射镜；5-2—第2反射镜；6-1—第1平凸透镜，6-2—第2平凸透镜，6-3—第3平凸透镜；7-1—第1直角反射镜，7-2—第2直角反射镜；8—声光调制器；9—射频驱动源；10—电动旋转台；11—四分之一波片；12—光电探测器；13-1—第1电缆线，13-2—第2电缆线；14—反馈模块；a1—入射光，a2—出射光。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明：一、总体通过12次通过声光调制器，实现大范围的移频。通过对射频驱动源与电动旋转台的实时控制，保证了高带宽和高效率，从而实现大范围扫频。如图1，本系统包括第1、2、3二分之一波片1-1、1-2、1-3，第1、2、3偏振分光棱镜2-1、2-2、2-3，法拉第旋光器3，格兰泰勒棱镜4，第1、2反射镜5-1、5-2，第1、2、3平凸透镜6-1、6-2、6-3，第1、2直角反射镜7-1、7-2，声光调制器8、射频驱动源9、电动旋转台10、四分之一波片11、光电探测器12，第1、2电缆线13-1、13-2和反馈模块14；其位置和连通关系是：第1二分之一波片1-1、第2偏振分光棱镜2-1、法拉第旋光器3和格兰泰勒棱镜4依次排列，其中第2偏振分光棱镜2-1的透射偏振方向与格兰泰勒棱镜4透射偏振方向相差45°，且改变方向与法拉第旋光器3旋转方向一致；第2二分之一波片1-2、第2偏振分光棱镜2-2和第一反射镜5-1依次排列，第2二分之一波片1-2的偏振轴方向保证入射光a1有最大透过率；第1平凸透镜6-1、第1直角反射镜7-1、第2平凸透镜6-2、声光调制器8、第3平凸透镜6-3、四分之一波片11、第2直角反射镜7-2、第2反射镜5-2依次连通和交互；第2平凸透镜6-2与第3平凸透镜6-3焦距相同且小于第1平凸透镜6-1的焦距；第1直角反射镜7-1与第1平凸透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多程声光移频技术的声光扫频系统，其特征在于：包括第1、2、3二分之一波片（1‑1、1‑2、1‑3），第1、2、3偏振分光棱镜（2‑1、2‑2、2‑3），法拉第旋光器（3），格兰泰勒棱镜（4），第1、2反射镜（5‑1、5‑2），第1、2、3平凸透镜（6‑1、6‑2、6‑3），第1、2直角反射镜（7‑1、7‑2），声光调制器（8）、射频驱动源（9）、电动旋转台（10）、四分之一波片（11）、光电探测器（12），第1、2电缆线（13‑1、13‑2）和反馈模块（14）；其位置和连通关系是：第1二分之一波片（1‑1）、第2偏振分光棱镜（2‑1）、法拉第旋光器（3）和格兰泰勒棱镜（4）依次排列和交互，其中第2偏振分光棱镜（2‑1）的透射偏振方向与格兰泰勒棱镜（4）透射偏振方向相差45°，且改变方向与法拉第旋光器3旋转方向一致；第2二分之一波片（1‑2）、第2偏振分光棱镜（2‑2）和第一反射镜（5‑1）依次排列和交互，第2二分之一波片（1‑2）的偏振轴方向保证入射光（a1）有最大透过率；第1平凸透镜（6‑1）、第1直角反射镜（7‑1）、第2平凸透镜（6‑2）、声光调制器（8）、第3平凸透镜（6‑3）、四分之一波片（11）、第2直角反射镜（7‑2）和第2反射镜（5‑2）依次排列和交互；第2平凸透镜（6‑2）与第3平凸透镜（6‑3）焦距相同且小于第1平凸透镜（6‑1）的焦距；第1直角反射镜（7‑1）与第1平凸透镜（6‑1）右侧焦平面及第2平凸透镜（6‑2）的左侧焦平面均重合；声光调制器（8）晶体中心与第2平凸透镜（6‑2）右焦点及第3平凸透镜（6‑3）左焦点重合；第2直角反射镜（7‑2）、第2反射镜（5‑2）均与第3平凸透镜（6‑3）右侧焦平面重合；四分之一波片（11）位于第二反射镜（5‑2）前方；上述所有器件将共同构成一个12程声光移频系统；射频驱动源（9）、电动旋转台（10）均与声光调制器（8）连接，构成同步扫频与角度控制模块；第3二分之一波片（1‑3）、第3偏振分光棱镜（2‑3）、光电探测器（12）、第1电缆线（13‑1）、反馈模块（14）、第2电缆线（13‑2）和射频驱动源（9）依次连通和交互，构成功率稳定模块。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多程声光移频技术的声光扫频系统，其特征在于：包括第1、2、3二分之一波片（1-1、1-2、1-3），第1、2、3偏振分光棱镜（2-1、2-2、2-3），法拉第旋光器（3），格兰泰勒棱镜（4），第1、2反射镜（5-1、5-2），第1、2、3平凸透镜（6-1、6-2、6-3），第1、2直角反射镜（7-1、7-2），声光调制器（8）、射频驱动源（9）、电动旋转台（10）、四分之一波片（11）、光电探测器（12），第1、2电缆线（13-1、13-2）和反馈模块（14）；其位置和连通关系是：第1二分之一波片（1-1）、第2偏振分光棱镜（2-1）、法拉第旋光器（3）和格兰泰勒棱镜（4）依次排列和交互，其中第2偏振分光棱镜（2-1）的透射偏振方向与格兰泰勒棱镜（4）透射偏振方向相差45°，且改变方向与法拉第旋光器3旋转方向一致；第2二分之一波片（1-2）、第2偏振分光棱镜（2-2）和第一反射镜（5-1）依次排列和交互，第2二分之一波片（1-2）的偏振轴方向保证入射光（a1）有最大透过率；第1平凸透镜（6-1）、...

【专利技术属性】
技术研发人员：周超，周林，冀宇航，王谨，詹明生，
申请(专利权)人：中国科学院武汉物理与数学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42