可调谐激光系统技术方案

本申请涉及一种可调谐激光系统。第一激光经法布里‑珀罗谐振腔形成透射光。第二光探测模块设置于透射光光路。扫描伺服模块的输入端与第二光探测模块连接，输出端与法布里‑珀罗谐振腔的控制端连接。反射光经第一光分束模块形成第一透射光与第二透射光。第一光探测模块设置于第一反射光光路上。调制解调模块的输入端与第一光探测模块连接，输出端与第一PID控制模块的输入端连接。加法器的第一输入端与扫描伺服模块的输出端连接，第二输入端与第一PID控制模块的输出端连接。法布里‑珀罗谐振腔的控制端与加法器的输出端连接。第二PID控制模块的输入端与调制解调模块的输出端连接。第二PID控制模块的输出端与主激光模块的控制端连接。

【技术实现步骤摘要】
可调谐激光系统
本申请涉及激光器
，特别是涉及一种可调谐激光系统。
技术介绍
可调谐激光器是一种可受控改变工作波长的激光器，调谐范围是指激光工作波长的最大值和最小值之间的范围。线宽指激光光谱的半高全宽，即为功率达到峰值1/e对应的频谱宽度。在精密测量中，除了可调谐范围和线宽外，还需要关注激光其它频率的纵模与荧光输出，例如在超冷原子光缔合光谱实验中，线宽外的激光噪声会极大的干扰探测结果。目前市场上的可调谐半导体激光器，主要是外腔半导体激光器(external-cavitydiodelasers，ECDL)，其通过在半导体激光管和光栅之间形成外腔，利用光栅的波长选择特性，可达到几个纳米的调谐范围。传统的外腔半导体激光器，其线宽通常为～MHz量级。然而，对于精密原子分子操控和频谱测量而言，例如分子光缔合等，外腔半导体激光器存在以下两个技术问题：一个问题是MHz量级的线宽无法适用于kHz量级的原子分子跃迁；另一个问题是激光大范围的频谱噪声，例如其它纵模(几个GHz的间隔)和背景荧光的激光噪声，会对测量带来干扰。20世纪80年代，三位科学家R.V.Pound，R.Drever和J.L.Hall提出的PDH(Pound-Drever-Hall)技术，利用法布里-珀罗腔将激光器的频率噪声转化为幅度噪声，再通过快速PID反馈激光电流压制激光噪声的方法，可以大大减小激光线宽。然而，由于光电路探测与反馈带宽限制，PDH技术往往只能压制小于10MHz的激光噪声，对于更高频率的激光噪声则无能为力，无法压制外腔半导体激光器GHz周期调制的其它纵模频域噪声。目前用于PDH的商用PID由控制激光管电流的快速PID和控制外腔光栅压电陶瓷电压的低速PID构成，然而受到压电陶瓷以及外腔半导体激光器的不跳模范围限制，无法在全调谐范围内跟随锁定外部鉴频器(例如法布里-珀罗腔)，造成系统缺乏足够的可靠性和可调谐性。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可调谐激光系统。本申请提供一种可调谐激光系统，所述可调谐激光系统包括主激光模块、法布里-珀罗谐振腔、第二光探测模块以及扫描伺服模块。所述主激光模块用于发射第一激光。所述法布里-珀罗谐振腔设置于所述第一激光的光路上。所述第一激光经所述法布里-珀罗谐振腔形成透射光。所述第二光探测模块设置于所述透射光的光路上，用于接收所述透射光，并将所述透射光转换成第一信号。所述扫描伺服模块的输入端与所述第二光探测模块连接，用于接收所述第一信号，并将所述第一信号与第一阈值信号进行对比。若所述第一信号小于所述第一阈值信号时，则所述扫描伺服模块输出周期性电压信号。若所述第一信号大于或等于所述第一阈值信号时，则所述扫描伺服模块输出稳定电压信号。所述法布里-珀罗谐振腔的控制端与所述扫描伺服模块的输出端连接，用于接收所述周期性电压信号或所述稳定电压信号。所述第一激光经所述法布里-珀罗谐振腔还形成反射光。所述可调谐激光系统还包括第一光分束模块、第一光探测模块、调制解调模块、第一PID控制模块以及加法器。所述第一光分束模块设置于所述反射光的光路上，用于对所述反射光进行分束，形成第一反射光。所述第一光探测模块设置于所述第一反射光的光路上，用于接收所述第一反射光，并将所述第一反射光转换成第二信号。所述调制解调模块的输入端与所述第一光探测模块连接，用于对所述第二信号进行解调，形成稳频误差信号。所述第一PID控制模块的输入端与所述调制解调模块的输出端连接，用于对所述稳频误差信号进行转换，形成反馈电压信号。所述加法器的第一输入端与所述扫描伺服模块的输出端连接。所述加法器的第二输入端与所述第一PID控制模块的输出端连接，用于将所述反馈电压信号与所述周期性电压信号叠加形成谐振腔控制信号，或者将所述反馈电压信号与所述稳定电压信号叠加形成谐振腔控制信号。所述法布里-珀罗谐振腔的控制端与所述加法器的输出端连接，用于接收所述谐振腔控制信号。所述可调谐激光系统还包括第二PID控制模块。所述第二PID控制模块的输入端与所述调制解调模块的输出端连接，用于对所述稳频误差信号进行转换，形成反馈电流信号。所述第二PID控制模块的输出端与所述主激光模块的控制端连接，用于将所述反馈电流信号传输至所述主激光模块，实现对所述主激光模块的电流进行调控。在一个实施例中，所述可调谐激光系统还包括第二光分束模块、光隔离模块以及伺服激光模块。所述第二光分束模块设置于所述透射光的光路上，用于对所述透射光进行分束，形成第一透射光与第二透射光。所述第二光探测模块设置于所述第一透射光的光路上，用于接收所述第一透射光。所述光隔离模块设置于所述第二透射光的光路上，用于实现所述第二透射光的单向传输。所述伺服激光模块设置于所述第二透射光的光路上，用于接收经所述光隔离模块后的所述第二透射光，形成第二激光。所述第二激光经所述光隔离模块后输出。在一个实施例中，所述法布里-珀罗谐振腔包括压电陶瓷。所述压电陶瓷的控制端与所述加法器的输出端连接，用于接收所述谐振腔控制信号。在一个实施例中，所述调制解调模块包括低通滤波器、混频器以及调制器。所述混频器的输入端与所述第一光探测模块连接，用于接收所述第二信号。所述调制器的输入端与所述混频器的第一输出端连接。所述调制器的输出端与所述主激光模块的电流调制接口连接，用于对所述主激光模块的电流进行调制。所述低通滤波器的输入端与所述混频器的第二输出端连接。所述低通滤波器的输出端用于输出所述稳频误差信号。在一个实施例中，所述可调谐激光系统还包括信号分束器。所述信号分束器的输入端与所述低通滤波器的输出端连接。所述信号分束器的第一输出端与所述第一PID控制模块的输入端连接。所述信号分束器的第二输出端与所述第二PID控制模块的输入端连接。在一个实施例中，所述第一光分束模块包括第一偏振分光棱镜与第一四分之一波片。所述第一偏振分光棱镜设置于所述第一反射光的光路上。所述第一四分之一波片设置于所述第一反射光的光路上。所述第一反射光依次经所述第一四分之一波片与所述第一偏振分光棱镜入射至所述第一光探测模块。在一个实施例中，所述第二光分束模块包括第二四分之一波片、第一半波片以及第二偏振分光棱镜。所述第二四分之一波片设置于所述透射光的光路上。所述第一半波片设置于所述透射光的光路上，用于接收经所述第二四分之一波片后的所述透射光。所述第二偏振分光棱镜设置于所述透射光的光路上，用于接收经所述第一半波片后的所述透射光。经所述第二偏振分光棱镜后的所述透射光形成所述第一透射光与所述第二透射光。在一个实施例中，所述可调谐激光系统还包括光路转换模块、第二半波片、第三半波片以及透镜。所述光路转换模块设置于所述第二透射光的光路上，用于对所述第二透射光进行光路转换。所述第二半波片设置于所述第二透射光的光路上，用于接收经所述光路转换模块后的所述第二透射光。经所述第二半波片后的所述第二透射光入射至所述光隔离模块。所述第三半波片设置于所述第二透射光的光路上，用于接收经所述光隔离模块后的所述第二透射光。所述透镜设置于所述第二透射光的光路上，用于接收经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调谐激光系统，其特征在于，所述可调谐激光系统包括：/n主激光模块(100)，用于发射第一激光；/n法布里-珀罗谐振腔(120)，设置于所述第一激光的光路上，所述第一激光经所述法布里-珀罗谐振腔(120)形成透射光；/n第二光探测模块(131)，设置于所述透射光的光路上，用于接收所述透射光，并将所述透射光转换成第一信号；/n扫描伺服模块(132)，所述扫描伺服模块(132)的输入端与所述第二光探测模块(131)连接，用于接收所述第一信号，并将所述第一信号与第一阈值信号进行对比；若所述第一信号小于所述第一阈值信号时，则所述扫描伺服模块(132)输出周期性电压信号；若所述第一信号大于或等于所述第一阈值信号时，则所述扫描伺服模块(132)输出稳定电压信号；/n所述法布里-珀罗谐振腔(120)的控制端与所述扫描伺服模块(132)的输出端连接，用于接收所述周期性电压信号或所述稳定电压信号；/n所述第一激光经所述法布里-珀罗谐振腔(120)还形成反射光；/n第一光分束模块(110)，设置于所述反射光的光路上，用于对所述反射光进行分束，形成第一反射光；/n第一光探测模块(111)，设置于所述第一反射光的光路上，用于接收所述第一反射光，并将所述第一反射光转换成第二信号；/n调制解调模块(112)，所述调制解调模块(112)的输入端与所述第一光探测模块(111)连接，用于对所述第二信号进行解调，形成稳频误差信号；/n第一PID控制模块(134)，所述第一PID控制模块(134)的输入端与所述调制解调模块(112)的输出端连接，用于对所述稳频误差信号进行转换，形成反馈电压信号；/n加法器(133)，所述加法器(133)的第一输入端与所述扫描伺服模块(132)的输出端连接，所述加法器(133)的第二输入端与所述第一PID控制模块(134)的输出端连接，用于将所述反馈电压信号与所述周期性电压信号叠加形成谐振腔控制信号，或者将所述反馈电压信号与所述稳定电压信号叠加形成谐振腔控制信号；/n所述法布里-珀罗谐振腔(120)的控制端与所述加法器(133)的输出端连接，用于接收所述谐振腔控制信号；/n第二PID控制模块(113)，所述第二PID控制模块(113)的输入端与所述调制解调模块(112)的输出端连接，用于对所述稳频误差信号进行转换，形成反馈电流信号；/n所述第二PID控制模块(113)的输出端与所述主激光模块(100)的控制端连接，用于将所述反馈电流信号传输至所述主激光模块(100)，实现对所述主激光模块(100)的电流进行调控。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可调谐激光系统，其特征在于，所述可调谐激光系统包括：
主激光模块(100)，用于发射第一激光；
法布里-珀罗谐振腔(120)，设置于所述第一激光的光路上，所述第一激光经所述法布里-珀罗谐振腔(120)形成透射光；
第二光探测模块(131)，设置于所述透射光的光路上，用于接收所述透射光，并将所述透射光转换成第一信号；
扫描伺服模块(132)，所述扫描伺服模块(132)的输入端与所述第二光探测模块(131)连接，用于接收所述第一信号，并将所述第一信号与第一阈值信号进行对比；若所述第一信号小于所述第一阈值信号时，则所述扫描伺服模块(132)输出周期性电压信号；若所述第一信号大于或等于所述第一阈值信号时，则所述扫描伺服模块(132)输出稳定电压信号；
所述法布里-珀罗谐振腔(120)的控制端与所述扫描伺服模块(132)的输出端连接，用于接收所述周期性电压信号或所述稳定电压信号；
所述第一激光经所述法布里-珀罗谐振腔(120)还形成反射光；
第一光分束模块(110)，设置于所述反射光的光路上，用于对所述反射光进行分束，形成第一反射光；
第一光探测模块(111)，设置于所述第一反射光的光路上，用于接收所述第一反射光，并将所述第一反射光转换成第二信号；
调制解调模块(112)，所述调制解调模块(112)的输入端与所述第一光探测模块(111)连接，用于对所述第二信号进行解调，形成稳频误差信号；
第一PID控制模块(134)，所述第一PID控制模块(134)的输入端与所述调制解调模块(112)的输出端连接，用于对所述稳频误差信号进行转换，形成反馈电压信号；
加法器(133)，所述加法器(133)的第一输入端与所述扫描伺服模块(132)的输出端连接，所述加法器(133)的第二输入端与所述第一PID控制模块(134)的输出端连接，用于将所述反馈电压信号与所述周期性电压信号叠加形成谐振腔控制信号，或者将所述反馈电压信号与所述稳定电压信号叠加形成谐振腔控制信号；
所述法布里-珀罗谐振腔(120)的控制端与所述加法器(133)的输出端连接，用于接收所述谐振腔控制信号；
第二PID控制模块(113)，所述第二PID控制模块(113)的输入端与所述调制解调模块(112)的输出端连接，用于对所述稳频误差信号进行转换，形成反馈电流信号；
所述第二PID控制模块(113)的输出端与所述主激光模块(100)的控制端连接，用于将所述反馈电流信号传输至所述主激光模块(100)，实现对所述主激光模块(100)的电流进行调控。


2.根据权利要求1所述的可调谐激光系统，其特征在于，所述可调谐激光系统还包括：
第二光分束模块(130)，设置于所述透射光的光路上，用于对所述透射光进行分束，形成第一透射光与第二透射光；
所述第二光探测模块(131)设置于所述第一透射光的光路上，用于接收所述第一透射光；
光隔离模块(140)，设置于所述第二透射光的光路上，用于实现所述第二透射光的单向传输；
伺服激光模块(150)，设置于所述第二透射光的光路上，用于接收经所述光隔离模块(140)后的所述第二透射光，形成第二激光；
所述第二激光经所述光隔离模块(140)后输出。


3.根据权利要求1所述的可调谐激光系统，其特征在于，所述法布里-珀罗谐振腔(120)包括压电陶瓷(121)；
所述压电陶瓷(121)的控制端与所述加法器(133)的输出端连接，用于接收所述谐振腔控制信号。


4.根据权利要求1所述的可调谐激光系统，其特征在于，所述调制解调模块(112)包括：
混频器(270)，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶祝雄，谢礼杨，郑盟锟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11