ＤＤＳ声光调制波长锁定装置和波长锁定方法制造方法及图纸

一种ＤＤＳ声光调制波长锁定装置和波长锁定方法。在传统方法对激光器的腔进行调制的基础上，增加一个声光调制器和一个凸透镜，即可实现。光路简洁，易于调整，能够显著压窄激光线宽，并且获得足够的误差信号幅度以实现稳定锁频；采用ＤＤＳ声光调制器，锁定的频率稳定性好，优于一般的压控振荡器；采用数字式调频，灵活方便，便于同数字工控设备协同工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光器的波长锁定技术，特别是DDS声光调制波长锁定装置和波长锁定 方法。
技术介绍
在通讯、工业和科研的很多领域，都需要精确锁定激光器波长。通常都将可调谐激光器 的输出锁定在某种原子蒸汽的谱线上，例如钠，铷，铟，碘等。 一般通过锁相放大的方法将 激光器锁定在光谱的峰上。首先，将激光器的输出波长进行声频调制，激光透过原子蒸汽时 的吸收谱线上也将叠加上调制信号。然后通过锁相放大技术，检出激光波长与原子谱线之间 的误差，通过反馈电路反馈控制激光器，使得激光器的输出波长始终稳定在原子谱线上。传统方法对激光器的腔进行调制，使得激光输出波长随之发生调制。这样锁定波长之后， 激光器的输出始终包含声频调制，为了获得较窄的激光线宽，只能减小调制幅度。与此同时， 激光波长与原子谱线之间的误差信号幅度也较小，使得锁定不够稳定。在对激光线宽要求较 高时，便会出现激光线宽与锁定稳定性之间的矛盾。
技术实现思路
本专利技术为了解决激光线宽与锁定稳定性之间的这个矛盾，目的是提供一种基于直接数字 合成(DDS)的声光调制波长锁定技术，用来取代传统的激光腔调制波长锁定技术。本专利技术提供一种基于直接数字合成(DDS)的声光调制波长锁定技术。在传统方法对激 光器的腔进行调制的基础上，增加一个声光调制器和一个凸透镜，即可实现。光路简洁，易 于调整，增加成本不多；却能够显著压窄激光线宽，并且获得足够的误差信号幅度以实现稳 定锁频；另外，选择不同的声光驱动频率，可以方便地调节激光输出波长与原子谱线频率的 差，还可以实现频率扫描，比直接锁在原子谱线上灵活。因为采用DDS声光调制器，使用数 字控制，便于同数字工控设备协同工作。本专利技术提供激光器的波长锁定技术，包括DDS声光调制波长锁定装置和波长锁定方法。本专利技术提供DDS声光调制波长锁定装置，(参见附图l)主要由激光器l、分束器2、声 光调制器3、 DDS声光驱动器4、偏振分束器5、凸透镜6、四分之一波片7、反射镜8、原 子蒸汽池9、光电探测器10和锁相放大器11组成，通过激光光路连接，构成DDS声光调制 波长锁定装置的整体，其中锁相放大器11通过同轴电缆分别与光电探测器10、 DDS声光 驱动器4和激光器1相连接，DDS声光驱动器4通过同轴电缆与声光调制器3相连接。4本专利技术提供DDS声光调制波长锁定装置，使用了 DDS声光调制器以及调制补偿光路； 所述的激光器1是待锁定的可调谐激光器；所述的分束器2将激光器1输出的激光分出一部 分进入声光调制器3;所述的声光调制器3将输入的激光进行调制，分成'0'级和'r级 输出激光；所述的DDS声光驱动器4用射频信号驱动声光调制器3，其输出频率等于声光调 制器3中的声子频率；所述的偏振分束器5按照偏振方向让激光透射或者反射；所述的凸透 镜6距离声光调制器3的光程等于凸透镜6的焦距，从声光调制器3射出的激光通过凸透镜 6后都变成平行光；补偿声光调制器3输出的'l'级激光因为不同的调制频率引起的偏转角 的变化；使得级激光始终可以被反射镜8垂直反射，并原路返回，形成入射光和反射光 同光路反方向传播，在原子蒸汽池9中产生饱和吸收效应；所述的四分之一波片7将从偏振 分束器5射来的水平线偏振激光变成左旋圆偏振，并将从反射镜8反射回来的右旋圆偏振的 反射激光变成竖直线偏振；所述的反射镜8将从偏振分束器5反射来的激光垂直地反射回去； 所述的原子蒸汽池9装了用来观测原子谱线的原子蒸汽；与原子谱线共振的激光在原子蒸汽 池9中将会被吸收，对射的两束激光在原子蒸汽池9内会出现饱和吸收效应；所述的光电探 测器10放置在凸透镜6的焦点处，观测透过原子蒸汽池9的激光，将光强信号转化为电信号；所述的锁相放大器11将调制信号送入DDS声光驱动器4，通过锁相放大技术检出激光波长 与原子谱线之间的误差，并将此误差反馈给激光器l。本专利技术所述的声光调制器3的输出'0'级和4'级激光，'0'级输出激光频率和方向 都不变，'r级输出激光频率增加一个声子频率，方向偏转且偏转角的正切为声子频率与激 光频率之比。本专利技术所述的从声光调制器3输出的激光在偏振分束器5上反射，从反射镜8反射回来 的激光在偏振分束器5上透射。本专利技术DDS声光调制波长锁定装置的波长锁定方法是激光器1出射的激光经过分束器 2，大部分透射输出，小部分反射至声光调制器3。 DDS声光驱动器4通过同轴电缆连接至声 光调制器3，驱动声光调制器3工作。声光调制器3出射出'0'级和级激光。声光调 制器3出射的'T级激光射至偏振分束器5，被完全反射至凸透镜6激光依次透过凸透镜6 和原子蒸汽池9后，通过四分之一波片7变成左旋圆偏振光，再由反射镜8垂直反射，原路 返回。激光反向透过四分之一波片7时，变成竖直线偏振光，并反向透射过原子蒸汽池9， 与正向射来的激光形成对射，产生饱和吸收效应，获得消多普勒展宽的超精细结构能级的光 谱。激光反向透射过原子蒸汽池9后再透过凸透镜6)进入偏振分束器5，因为偏振的缘故， 回射激光将完全透过偏振分束器5，并射入光电探测器10转换为电信号。光电探测器10通过同轴电缆将电信号送入锁相放大器11。锁相放大器11将调制信号通过同轴电缆送入DDS 声光驱动器4，并将处理后的误差信号通过同轴电缆反馈给激光器1。本专利技术所述的激光器1是待锁定的输出波长可调谐的激光器，受到外部电压信号的控制， 改变其谐振腔的特性，可在一定范围内调谐输出激光的波长。本专利技术所述的分束器2，是一种可将激光分成两束的光学元件，较强的一束作为输出， 较弱的一束作为探测光，用来检测激光波长。本专利技术所述的声光调制器3，通过换能器将输入的驱动射频信号转换成为超声波，施加 在声光晶体上，形成声学光栅。入射的激光通过光栅后将发生衍射。'0'级衍射光波长和传 输方向不变；'r级衍射光频率增加一个声子频率，方向偏转且偏转角的正切为声子频率与 激光频率之比。本专利技术利用'r级衍射光。本专利技术所述的DDS声光驱动器4，直接使用全数字的方式直接合成所需的频率和幅度的 波形，再放大功率驱动声光调制器3。接受锁相放大器ll的调制信号，进行同步的变频。通 过这种方式在激光的原子吸收光谱上叠加上锁相放大器11的调制信号。本专利技术所述的偏振分束器5，可使水平偏振的激光完全透射，竖直偏振的激光完全反射。本专利技术所述的凸透镜6，使得任何通过其焦点的光变成平行其主轴的光。本专利技术所述的四分之一波片7放置成长轴与水平方向成45度，可将水平线偏振的激光变 成左旋圆偏振，同时也可以将反向传输地右旋圆偏振光变成竖直线偏振光。本专利技术所述的反射镜8，将入射的激光垂直地原路反射回去，并且左旋圆偏振变成右旋 圆偏振。本专利技术所述的原子蒸汽池9，是一个玻璃制成的空泡，内部充有用于观测原子谱线的气体。本专利技术所述的光电探测器10，使用光电二极管构成，可以将光强信号转换为电信号。射 入的光越强，电信号也越强。本专利技术所述的锁相放大器ll，是一种通用的低噪声检测仪器。它将调制信号加入到待测 信号中去，然后通过相关检测将与调制信号同步的信号解调出来。这种工作机理使得它可以 检测强噪声环境下的微弱交流信号的强度和相位。在本专利技术中，当探测光的波长比原子跃迁 谱线长时，锁相放大器ll输出电压为正，使得激光器l输出波长向短波方向移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＤＤＳ声光调制波长锁定装置，主要由激光器（１）、分束器（２）、声光调制器（３）、ＤＤＳ声光驱动器（４）、偏振分束器（５）、凸透镜（６）、四分之一波片（７）、反射镜（８）、原子蒸汽池（９）、光电探测器（１０）和锁相放大器（１１）组成，其特征是：通过激光光路连接，构成ＤＤＳ声光调制波长锁定装置的整体，其中：锁相放大器（１１）通过同轴电缆分别与光电探测器（１０）、ＤＤＳ声光驱动器（４）和激光器（１）相连接，ＤＤＳ声光驱动器（４）通过同轴电缆与声光调制器（３）相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张璋，林强，徐云飞，王兆英，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]