激光稳频装置及方法、采用其的半导体激光器组件制造方法及图纸

一种激光稳频装置，包括半导体激光器、声光调制器、设置在真空装置中的法布里珀罗腔、多通道射频信号源、合路器、射频放大器、光电探测器和混频器；其中待稳频的半导体激光器发射出的激光，第一次经过声光调制器后产生+1级或‑1衍射光，反射回声光调制器中，并经过第二次衍射产生+1+1级或‑1‑1级衍射光；所述+1+1级或‑1‑1级衍射光进入法布里珀罗腔，其信号反射到光电探测器上，探测电信号与多通道射频信号源的解调信号经过混频器混频并处理后得到误差信号，所述误差信号反馈给所述半导体激光器以实现频率稳定。本发明专利技术中的激光双次通过声光调制器扩展了频率调节范围，还增强了激光功率在频率扫描过程中的稳定性。

Laser frequency stabilizing device and method, and semiconductor laser module adopting the device

【技术实现步骤摘要】
激光稳频装置及方法、采用其的半导体激光器组件
本专利技术涉及激光稳频领域，具体涉及一种激光稳频装置及方法。
技术介绍
半导体激光器是一种窄线宽、易调谐、体积小、功耗低、寿命长的激光器，被广泛应用于激光通信、原子频率标准、量子信息、激光打印各个领域。由于激光频率容易受到温度，电流，振动的影响，半导体激光器的频率稳定至关重要。常见的半导体激光器频率稳定方法有使用超稳法布里玻罗腔的PDH技术和饱和吸收谱技术。其中饱和吸收谱技术的优点是方便简单，成本低廉，但是对激光波长有着严格的限制。PDH技术以R.V.Pound，RonaldDrever和JohnL.Hall命名，使用一个极其稳定的超稳腔的纵模作为参考，当激光频率与腔模共振时，激光将全部透过，否则将全部反射，反射光经过解调后则得到误差信号，通过PID伺服系统反馈控制激光频率。由于其可以满足不同波长的激光器的稳频需求且能力强大而受到广泛应用。电光调制器EOM作为传统PDH技术的核心部件之一，能够对激光产生相位调制，同时产生载波、与载波同相和反相的两个边带，这三个频率不同且具有固定相位关系的分量经超稳腔反射，并在探测和解调后可生成所需误差信号。对于红外波段而言，现有的EOM能够满足大部分的稳频应用，尤其是红外波段的宽带波导型EOM，可以实现比较宽频率的调制，增大了PDH技术的灵活性。但是，对于紫外光波段而言，当前的共振式EOM往往不能满足所需激光频率与超稳腔共振频率匹配的要求，往往需要使用声光调制器AOM来改变中心频率，获得共振，这增加了实验难度和成本。此外，使用EOM来调制激光会具有稳定性问题。EOM为偏振敏感型和温度敏感型的非线性晶体，使用相位调制时要求激光偏振以一定角度入射，否则将会产生不完全的相位调制，产生剩余幅度调制RAM噪声。这将导致EOM所调制出的边带不等幅度或者相位关系不固定，导致最终的误差信号出现漂移和形变。EOM对温度的要求也很严格，温度的抖动也会导致调制的噪声，影响性能，因此需要额外的温控，这都将增加系统复杂度和不稳定性。此外，EOM的价格很高，增加了实验成本。因此，设计一种能够解决上述问题的半导体激光器稳频方法和装置尤为重要。一种有效的方案是使用声光调制器AOM替换EOM的激光稳频技术。尤其在紫外波段，AOM的价格通常只有EOM的十分之一。现有的几种使用声光调制器AOM的方案，包括使用电压控制振荡器驱动AOM，调制光经过原子蒸气腔室，获得吸收谱信号，缺点是原子吸收谱方法只能用于特定波长，不具有普适性；使用特殊设计的工作在Raman-Nath衍射区域的AOM，结合共焦腔获得PDH误差信号，缺点是这种AOM的工作频率很低，只有几十MHz，中心频率调节范围小，而且该产品只适用于特定波段，不具有普适性。因此，急需一种具有普适性的低成本声光调制PDH稳频方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种激光稳频方法及装置，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一方面，提供了一种激光稳频装置，包括半导体激光器、声光调制器、设置在真空装置中的法布里珀罗腔、多通道射频信号源、合路器、射频放大器、光电探测器和混频器；所述多通道射频信号源包括四个锁相的射频信号，其中中心调制信号频率为w0，第一边带调制信号频率为w0-w，相位与中心调制信号频率相同，第二边带调制信号频率为w0+w，相位与中心调制信号频率相反，解调信号的频率为w，相位可调；所述中心调制信号、第一边带调制信号和第二边带调制信号经过合路器后合为一路信号，并经过射频放大器放大后施加在所述声光调制器上；待稳频的半导体激光器发射出的激光，第一次经过声光调制器后产生+1级或-1衍射光，以一定的竖直角度反射回声光调制器中，并经过第二次衍射产生+1+1级或-1-1级衍射光；所述+1+1级或-1-1级衍射光进入设置在真空装置中的法布里珀罗腔，其反射信号反射到光电探测器上，光电探测器的探测电信号正比于反射光强，所述探测电信号与多通道射频信号源的解调信号经过混频器混频并处理后得到误差信号，所述误差信号反馈给所述半导体激光器以实现频率稳定。所述声光调制器的1倍布拉格衍射角大于从所述声光调制器中出射的激光光束的发散角，因此保证各级衍射光能够有效分开。所述第一次经过声光调制器后产生+1级或-1级衍射激光也具有三个频率分量，包括中心波长光、第一边带光和第二边带光，其中第一边带光与中心波长光的相位相同，第二边带光与中心波长光的相位相反，第一边带光与第二边带光幅度相同；所述+1级或-1级衍射激光中包含的中心波长光、第一边带光和第二边带光的衍射角相近，因此在空间上无法区分；所述+1级或-1级衍射激光已经包含用于PDH锁频的所有要素，因此可以直接用于产生所需误差信号，但是不能保证在改变所述中心调制频率时后续光路和光纤收集效率的稳定性。所述激光稳频装置还包括直角棱镜和透镜，所述声光调制器位于所述透镜的一侧焦距上，所述直角棱镜位于所述透镜的另一侧焦距处。在改变声光调制器中心调制频率时，所述+1+1级或-1-1级衍射光比所述+1级或-1级衍射光的衍射角度变化更小，因此能够有利于后方光路的稳定或者光纤耦合效率的稳定。所述真空装置为密封的真空腔体，两侧设置有通光窗口，并使用真空泵维持真空，真空气压低于10-4torr，以减小空气扰动对腔长的影响；所述真空装置具有温度控制和隔振装置，减小真空腔体的不稳定性。所述法布里珀罗腔包括第一反射镜、第二反射镜和设置有通光孔的固定柱，所述第一反射镜和第二反射镜为对至少一个激光波长具有高反射率的镜片，所述固定柱上的通光孔直径应大于腔模场直径，所述固定住上设置有通气孔，用于气体导通，所述第一反射镜和第二反射镜分别固定在所述固定柱的两侧，镀膜表面相对并朝向固定柱放置；所述法布里珀罗腔为稳定腔。所述光电探测器得到的探测电信号与解调信号混频后的处理步骤包括通过低通滤波器滤波，保留直流信号分量，从而得到所述误差信号；所述误差信号是输入到伺服系统后经过PID控制再转变为电压控制信号，其中所述伺服系统包括PID模块，用于将误差信号转变为控制所述半导体激光器内部激光谐振腔上压电控制的电压控制信号。作为本专利技术的另一方面，提供了一种激光稳频方法，包括以下步骤：所述中心调制信号、第一边带调制信号和第二边带调制信号经过合路器后合为一路信号，并经过射频放大器放大后施加在所述声光调制器上；待稳频的半导体激光器发射出激光，所述激光第一次经过声光调制器后产生+1级或-1衍射光，再以一定的竖直角度反射回声光调制器中，并经过第二次衍射产生+1+1级或-1-1级衍射光；所述+1+1级或-1-1级衍射光进入设置在真空装置中的法布里珀罗腔，其反射信号反射到光电探测器上，光电探测器的探测电信号正比于反射光强，所述探测电信号与多通道射频信号源的第四路解调信号经过混频器混频后通过处理得到误差信号，所述误差信号转变为电压控制信号，反馈给所述半导体激光器实现频率稳定；其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光稳频装置，其特征在于，包括半导体激光器、声光调制器、设置在真空装置中的法布里珀罗腔、多通道射频信号源、合路器、射频放大器、光电探测器和混频器；/n所述多通道射频信号源包括四个锁相的射频信号，其中中心调制信号频率为w

【技术特征摘要】
1.一种激光稳频装置，其特征在于，包括半导体激光器、声光调制器、设置在真空装置中的法布里珀罗腔、多通道射频信号源、合路器、射频放大器、光电探测器和混频器；
所述多通道射频信号源包括四个锁相的射频信号，其中中心调制信号频率为w0，第一边带调制信号频率为w0-w，相位与中心调制信号频率相同，第二边带调制信号频率为w0+w，相位与中心调制信号频率相反，解调信号的频率为w，相位可调；
所述中心调制信号、第一边带调制信号和第二边带调制信号经过合路器后合为一路信号，并经过射频放大器放大后施加在所述声光调制器上；
待稳频的半导体激光器发射出的激光，第一次经过声光调制器后产生+1级或-1衍射光，以一定的竖直角度反射回声光调制器中，并经过第二次衍射产生+1+1级或-1-1级衍射光；
所述+1+1级或-1-1级衍射光进入设置在真空装置中的法布里珀罗腔，其反射信号反射到光电探测器上，光电探测器的探测电信号正比于反射光强，所述探测电信号与多通道射频信号源的解调信号经过混频器混频并处理后得到误差信号，所述误差信号反馈给所述半导体激光器以实现频率稳定。


2.如权利要求1所述的激光稳频装置，其特征在于，所述声光调制器的1倍布拉格衍射角大于从所述声光调制器中出射的激光光束的发散角，因此保证各级衍射光能够有效分开。


3.如权利要求1所述的激光稳频装置，其特征在于，所述第一次经过声光调制器后产生+1级或-1级衍射激光也具有三个频率分量，包括中心波长光、第一边带光和第二边带光，其中第一边带光与中心波长光的相位相同，第二边带光与中心波长光的相位相反，第一边带光与第二边带光幅度相同；
所述+1级或-1级衍射激光中包含的中心波长光、第一边带光和第二边带光的衍射角相近，因此在空间上无法区分；
所述+1级或-1级衍射激光已经包含用于PDH锁频的所有要素，因此可以直接用于产生所需误差信号，但是不能保证在改变所述中心调制频率时后续光路和光纤收集效率的稳定性。


4.如权利要求1所述的激光稳频装置，其特征在于，所述激光稳频装置还包括直角棱镜和透镜，所述声光调制器位于所述透镜的一侧焦距上，所述直角棱镜位于所述透镜的另一侧焦距处。


5.如权利要求1所述的激光稳频装置，其特征在于，在改变声光调制器中心调制频率时，所述+1+1级或-1-1级衍射光比所述+1级或-1级衍射光的衍射角度变化更小，因此能够有利于...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺冉，崔金明，陈炎，曹洹，艾铭忠，黄运锋，李传锋，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34