基于拍频锁定的高稳定度双频法拉第激光器及其实现方法技术

本发明专利技术公布了一种基于拍频锁定的高稳定度双频法拉第激光器及其实现方法，包括：激光二极管、准直透镜、法拉第反常色散原子滤光器、激光腔镜、压电陶瓷、高速光电探测器、伺服反馈电路和压电陶瓷驱动电路；还包括第三偏振分光棱镜、半波片、平衡混频器、频率计数器、频率综合发生器。对半导体激光器进行腔内选模，直接输出以原子跃迁频率为频率参考的激光；通过改变透射谱，对法拉第半导体激光器的输出频率进行调谐；实现对应于原子基态两个超精细能级跃迁处的透射谱，在半导体激光器的腔内选出两个激光模式，实现双频激光输出。本发明专利技术结构简单，对工作环境的要求低，增强了对环境变化的耐受性。

【技术实现步骤摘要】
基于拍频锁定的高稳定度双频法拉第激光器及其实现方法
本专利技术属于光频原子钟与激光稳频
，具体涉及应用拍频锁定方法实现的高稳定度双频法拉第激光器及其实现方法。
技术介绍
半导体激光器是目前最常见的激光器类型，它具有窄线宽、可调谐、便于稳频、体积小、结构紧凑等优势，在冷原子物理、激光光谱、量子信息、精密计量、环境监测、工业测量等领域都具有广泛的应用。一般的半导体激光器为了实现窄线宽的特定模式输出，采用外腔反馈的形式，并在腔内具有选模器件。在应用中，为了使得半导体激光器的输出频率更加稳定，线宽更窄，通常会采取额外的稳频措施。常见的稳频方法有：借助超稳光学谐振腔腔的PDH稳频，锁定在原子谱线上的饱和谱稳频、调制转移谱稳频、极化谱稳频等。这些稳频方法采用的都是外部参考的方式，通过搭建外部稳频光路，探测激光与原子/谐振腔的相互作用，获得误差信号，再对激光器进行反馈控制。前述的PDH，饱和谱、调制转移谱等稳频方法需要搭建的光路结构较为复杂，因此对工作环境的要求较为苛刻：例如PDH方法使用的光学谐振腔需要真空环境，并且入射光需要严格位于谐振腔的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于拍频锁定的高稳定度双频法拉第激光器，包括：双频法拉第激光器、拍频锁定系统；双频法拉第激光器通过工作参数调节满足双频输出的条件，输出对应于参考原子两个超精细能级跃迁频率的输出激光；双频法拉第激光器的输出激光进入拍频锁定系统的光路部分后，拍频锁定系统对输出激光两频率之间的拍频进行探测，与微波参考频率进行比较后产生误差信号，对双频法拉第激光器进行反馈调节，从而对双频法拉第激光器进行稳频；其中，双频法拉第激光器包括：激光二极管、准直透镜、法拉第反常色散原子滤光器、激光腔镜、压电陶瓷；拍频锁定系统包括：高速光电探测器、平衡混频器、频率计数器、频率综合发生器、伺服反馈电路和压电陶瓷驱动电路；所...

【技术特征摘要】
1.一种基于拍频锁定的高稳定度双频法拉第激光器，包括：双频法拉第激光器、拍频锁定系统；双频法拉第激光器通过工作参数调节满足双频输出的条件，输出对应于参考原子两个超精细能级跃迁频率的输出激光；双频法拉第激光器的输出激光进入拍频锁定系统的光路部分后，拍频锁定系统对输出激光两频率之间的拍频进行探测，与微波参考频率进行比较后产生误差信号，对双频法拉第激光器进行反馈调节，从而对双频法拉第激光器进行稳频；其中，双频法拉第激光器包括：激光二极管、准直透镜、法拉第反常色散原子滤光器、激光腔镜、压电陶瓷；拍频锁定系统包括：高速光电探测器、平衡混频器、频率计数器、频率综合发生器、伺服反馈电路和压电陶瓷驱动电路；所述法拉第反常色散原子滤光器包括：第一偏振分光棱镜、原子气室、永磁体、第二偏振分光棱镜；所述高稳定度双频法拉第激光器还包括第三偏振分光棱镜、半波片；其中：
激光二极管的前表面即输出光端面镀增透膜，后表面镀高反膜；激光二极管镀有高反膜的后表面与激光腔镜组成高稳定度双频法拉第激光器的谐振腔；
准直透镜用于对激光二极管的输出光进行准直，使其变为平行光束；
法拉第反常色散原子滤光器用于选出两个腔模；法拉第反常色散原子滤光器中的第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜正交放置；永磁体用于为原子气室提供轴向静磁场；原子气室包含碱金属原子，用于产生法拉第旋光效应；
压电陶瓷用于调节谐振腔的腔长，进而控制激光器输出频率；高速光电探测器用于探测并获得两相邻纵模拍频频率与射频频率标准之间的频率偏差即误差信号；误差信号经过伺服反馈电路后转化为伺服信号，再传递给压电陶瓷驱动电路，用来稳频；误差信号传递到压电陶瓷驱动电路后，调节压电陶瓷的电压，对激光器谐振腔的腔长进行反馈，由此达到稳频的目的；
激光二极管发出相干光束，经过准直透镜后成为平行光；该平行光作为入射光，通过法拉第反常色散原子滤光器时完成选模；从第一偏振分光棱镜或第二偏振分光棱镜处反射输出的光直接输出作为输出激光；输出激光由半波片改变偏振方向后由第三偏振分光棱镜分束；其中一路输出光进入高速光电探测器，探测到的两个输出模式的拍频与频率综合发生器提供的频率标准在平衡混频器中进行鉴相，获得两相邻纵模拍频频率与射频频率标准之间的频率偏差即误差信号；误差信号经伺服反馈电路产生比例-积分-微分反馈信号，传递到压电陶瓷驱动电路，控制激光腔体上的压电陶瓷调节激光谐振腔腔长，实现双频法拉第激光器输出的两个模式拍频与微波频率标准之间的相位锁定，从而实现激光频率的锁定。


2.如权利要求1所述基于拍频锁定的高稳定度双频法拉第激光器，其特征是，第三偏振分光棱镜的另一路输出光用作光学频率标准；在自由空间或光纤中传播后利用高速光电探测器和频率计数器探测拍频作为微波频率源，实现微波频率的传递。


3.如权利要求1所述基于拍频锁定的高稳定度双频法拉第激光器，其特征是，所述法拉第反常色散原子滤光器采用铯原子法拉第反常色散原子滤光器；通过改变铯原子法拉第反常色散原子滤光器中铯原子气室的温度和磁场条件，改变铯原子法拉第反常色散原子滤光器的两个透射峰对...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景标，缪健翔，史田田，潘多，
申请(专利权)人：浙江法拉第激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33