一种激光信号自动锁频方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种激光信号自动锁频方法、系统及装置，方法包括：对激光器进行温度扫频操作，直到采集到有效的误差信号，所述误差信号为激光器输出频率与铷原子跃迁频率之间的误差；输出三角波电压信号驱动激光器，得到误差

【技术实现步骤摘要】
一种激光信号自动锁频方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及激光控制
，更具体地，涉及一种激光信号自动锁频方法、系统及装置，适用于各冷原子干涉系统的应用场景。

技术介绍

[0002]参见图1为冷原子干涉系统的转移调制原理示意图，如图1所示，激光经过调制后，得到频率为ω
c
、ω
c
+α、ω
c
‑
α的三束调制光。它和另一束频率ω
c
的原始光对向射入充满铷原子(二能级原子，跃迁频率ω
r
)的气室后，按照四波混频理论，当激光器频率ω
c
和铷原子的跃迁频率ω
r
很接近时，会发生调制转移现象，出射光信号中除了入射的原始光ω
c
之外，还会出现ω
r
+α频率的光信号，即调制频率向跃迁频率发生了转移。
[0003]由于激光器频率和铷原子的跃迁频率很接近，出射光中这两个频率的光信号会继续发生干涉，并经过PD探测后，得到频率的电信号，进一步与频率为a的电信号进行混频后，实现解调。最终得到的误差信号只与激光器频率w
c
和铷原子的跃迁频率w
r
的差值相关。

技术实现思路

[0004]基于现有技术，提供一种激光信号自动锁频方法、系统及装置，使得误差信号始终保持为零点。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种激光信号自动锁频方法，包括：
[0006]对激光器进行温度扫频操作，直到采集到有效的误差信号，所述误差信号为激光器输出频率与铷原子跃迁频率之间的误差；
[0007]输出三角波电压信号驱动激光器，得到误差
‑
频率曲线，所述误差
‑
频率曲线表征激光器输出频率与误差之间的关系；
[0008]当所述误差
‑
频率曲线到达尖峰处时，开启PID控制，实时调整所述三角波电压信号，使误差
‑
频率曲线停留在零点处，以控制激光器输出频率与铷原子跃迁频率保持一致。
[0009]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以作出如下改进。
[0010]可选的，所述对激光器进行温度扫频操作，直到采集到有效的误差信号，包括：
[0011]对激光器进行温度扫频操作，使得激光器的输出频率保持在设定范围内；
[0012]所述输出三角波电压信号驱动激光器，得到误差
‑
频率曲线，包括：
[0013]不断调整三角波电压信号，使得激光器的输出频率在所述设定范围内变化，并得到误差信号随激光器输出频率变化的误差
‑
频率曲线。
[0014]可选的，所述开启PID控制，实时调整所述三角波电压信号，使误差
‑
频率曲线停留在零点处，以控制激光器输出频率与铷原子跃迁频率保持一致，包括：
[0015]通过PID实时调整所述三角波电压信号，并基于误差
‑
频率曲线采集对应的误差信号，基于所述误差信号，不断调整所述三角波电压信号，使得所述误差信号始终保持零点。
[0016]根据本专利技术的第二方面，提供一种激光信号自动锁频系统，包括：
[0017]采集模块，用于对激光器进行温度扫频操作，直到采集到有效的误差信号，所述误
差信号为激光器输出频率与铷原子跃迁频率之间的误差；
[0018]获取模块，用于输出三角波电压信号驱动激光器，获取误差
‑
频率曲线，所述误差
‑
频率曲线表征激光器输出频率与误差之间的关系；
[0019]控制模块，用于当所述误差
‑
频率曲线到达尖峰处时，开启PID控制，实时调整所述三角波电压信号，使误差
‑
频率曲线停留在零点处，以控制激光器输出频率与铷原子跃迁频率保持一致。
[0020]根据本专利技术的第三方面，提供一种激光信号自动锁频装置，包括射频信号单元、信号解调和采集单元、激光器驱动电路和控制单元；
[0021]所述射频信号单元，用于产生实现转移调制和解调需要的射频信号，基于所述射频信号对混频信号进行解调，得到误差信号；
[0022]所述信号解调和采集单元，用于对所述误差信号解调、调理和采集；
[0023]控制单元，用于基于所述误差信号对激光器的输出频率进行控制，使误差
‑
频率曲线停留在零点处，以控制激光器输出频率与铷原子跃迁频率保持一致。
[0024]可选的，所述控制单元，用于基于所述误差信号对激光器的输出频率进行控制，使误差
‑
频率曲线停留在零点处，以控制激光器输出频率与铷原子跃迁频率保持一致，包括：
[0025]控制单元输出三角波电压信号驱动激光器的输出频率，并获取误差信号，所述误差信号为激光器输出频率与铷原子跃迁频率之间的误差，并实时调整所述三角波电压信号，使得所述误差信号保持在零点处，以控制激光器输出频率与铷原子跃迁频率保持一致。
[0026]本专利技术提供的一种激光信号自动锁频方法、系统及装置，通过三角波电压信号扫频驱动激光器，并基于误差
‑
频率曲线，将激光器的输出频率保持与铷原子的跃迁频率一致，进而使得误差信号始终处于零点，误差信号尖锐，锁频效果好；体积小，功耗低，便于集成；具备自动锁频功能，有助于提高冷原子系统工程化水平。
附图说明
[0027]图1为冷原子干涉系统的转移调制原理示意图；
[0028]图2为转移调制误差曲线示意图；
[0029]图3为本专利技术提供的一种激光信号自动锁频方法流程图；
[0030]图4为本专利技术提供的一种激光信号自动锁频系统的结构示意图；
[0031]图5为本专利技术提供的一种激光信号自动锁频装置的结构示意图；
[0032]图6图5中激光信号自动锁频装置的工作原理示意图；
[0033]图7为本专利技术提供的另一种激光信号自动锁频装置的结构示意图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通
技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0035]基于图1中的冷原子干涉系统的转移调制原理，其对应的转移调制误差曲线如图2所示，典型的误差信号波形如图2所示，蓝色波形为解调前电信号，红色曲线为解调后的误差信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光信号自动锁频方法，其特征在于，包括：对激光器进行温度扫频操作，直到采集到有效的误差信号，所述误差信号为激光器输出频率与铷原子跃迁频率之间的误差；输出三角波电压信号驱动激光器，得到误差
‑
频率曲线，所述误差
‑
频率曲线表征激光器输出频率与误差之间的关系；当所述误差
‑
频率曲线到达尖峰处时，开启PID控制，实时调整所述三角波电压信号，使误差
‑
频率曲线停留在零点处，以控制激光器输出频率与铷原子跃迁频率保持一致。2.根据权利要求1所述的激光信号自动锁频方法，其特征在于，所述对激光器进行温度扫频操作，直到采集到有效的误差信号，包括：对激光器进行温度扫频操作，使得激光器的输出频率保持在设定范围内；所述输出三角波电压信号驱动激光器，得到误差
‑
频率曲线，包括：不断调整三角波电压信号，使得激光器的输出频率在所述设定范围内变化，并得到误差信号随激光器输出频率变化的误差
‑
频率曲线。3.根据权利要求1或2所述的激光信号自动锁频方法，其特征在于，所述开启PID控制，实时调整所述三角波电压信号，使误差
‑
频率曲线停留在零点处，以控制激光器输出频率与铷原子跃迁频率保持一致，包括：通过PID实时调整所述三角波电压信号，并基于误差
‑
频率曲线采集对应的误差信号，基于所述误差信号，不断调整所述三角波电压信号，使得所述误差信号始终保持零点。4.一种激光信号自动锁频系统，其特征在于，包括：采集模块，用于对...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋新明，陈福胜，王斌，陈新文，郭凡，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶集团有限公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：