使用马赫-曾德尔调制器的光学反馈制造技术

本发明专利技术公开使用马赫

【技术实现步骤摘要】
使用马赫
‑
曾德尔调制器的光学反馈
‑
PDH联合频率锁定方法


[0001]本专利技术涉及激光光谱
，具体是使用马赫
‑
曾德尔调制器的光学反馈
‑
PDH
联合频率锁定方法
。

技术介绍

[0002]痕量气体分析被广泛应用于环境检测
、
大气科学
、
医学诊断和工业农业过程控制
。
激光光谱技术可以提供高精度的痕量气体浓度检测，具有响应速度快
、
分辨率高的特点
。
许多应用领域对检出灵敏度有着很高的要求，所以，能够有效提高激光与气体分子相互作用距离和激光强度的腔增强技术被广泛应用在激光光谱技术中
。
目前，腔增强技术主要的应用形式包括：腔衰荡光谱
(CRDS)、
腔增强吸收光谱
(CEAS)、
腔增强光热光谱
(CEPAS)
和腔增强拉曼光谱
(CERS)。
[0003]目前，常见的气体检测方法主要有气相色谱法
、
质谱法
、
检测管法
、
纳米传感器法
、
红外吸收光谱和拉曼光谱法等
。
气相色谱与质谱法检测时间长，设备很难小型化，使用时限制较多；纳米传感器法检测组分单一，不同气体组分之间会出现交叉敏感问题
。
而红外吸收光谱和拉曼光谱法能够避免上述问题，结合腔增强技术还能够提高检出灵敏度
。
在腔增强技术中，光学腔通常由两个高反镜组成，高反镜可以反射和聚集光线，从而增强光信号
。
在光学腔中，光子在反射镜之间来回反射，形成一个光子密集的空间
。
如果在这个空间中注入一个光信号，光信号将被反复增强，直到它达到一个稳定的振荡状态
。
但该技术对于谐振条件的要求十分严苛，难以在工程上应用
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供使用马赫
‑
曾德尔调制器的光学反馈
‑
PDH
联合频率锁定方法，包括以下步骤：
[0005]1)
利用激光器向偏振分束棱镜发送激光
。
[0006]所述偏振分束棱镜将接收到的激光分成两束，反射光记为
s
光，透射光记为
p
光
。
[0007]2)s
光经过反射镜
I、
反射镜
II
后，入射至
V
型腔
。V
型腔前镜透射光沿原光路返回至激光器，形成光学反馈效应，压窄激光器线宽，进而使
p
光线宽压窄
。
[0008]3)
线宽压窄后的
p
光经过光隔离器
、
反射镜
III、
光纤耦合器
、
马赫
‑
曾德尔调制器
、
光纤环形器
、
光纤准直器
、
模式匹配透镜
、
反射镜
IV
和反射镜
V
后，入射线性
F
‑
P
腔
。
所述反射镜
V
上粘有压电促动器
II。
[0009]4)
监测线性
F
‑
P
腔的透射光信号，并进行处理，得到压电促动器控制信号
。
[0010]将压电促动器控制信号传输至压电促动器
II
，控制压电促动器
II
工作，从而调整线性
F
‑
P
腔的腔长，使线性
F
‑
P
腔保持稳定谐振状态
。
[0011]进一步，所述反射镜
II
上粘有压电促动器
I。
[0012]进一步，激光器和
V
型腔之间的光程可调，调节步骤包括：
[0013]1)
基于光学反馈频率锁定技术，利用光电探测器将
V
型腔透射光转换为电信号，进
行解调，实时获取光学反馈相位调节误差信号
。
[0014]2)
将光学反馈相位调节误差信号传输至压电促动器
I
，控制压电促动器工作，调节激光器和
V
型腔之间的光程
。
[0015]进一步，监测线性
F
‑
P
腔的透射光信号，并进行处理的步骤包括：
[0016]1)
基于
PDH
频率锁定技术，利用光电探测器用于将线性
F
‑
P
腔透射光信号转换为电信号
。
[0017]2)
利用
PDH
锁定器件对电信号进行预处理，得到误差电信号
。
[0018]3)
利用
PID
模块对误差电信号进行比例
、
积分和微分，得到压电促动器控制信号
。
[0019]进一步，所述预处理包括混频
、
滤波
、
放大
。
[0020]进一步，在生成压电促动器控制信号后，还利用高压放大器对压电促动器控制信号进行放大，然后利用放大后的压电促动器控制信号控制压电促动器
II
工作
。
[0021]进一步，所述光纤耦合器用于将空间光耦合进入光纤
。
[0022]进一步，所述马赫
‑
曾德尔调制器用于对入射激光进行调制，通过马赫
‑
曾德尔调制器中
LiNbO3晶体的电光效应产生相位调制边带
。
[0023]进一步，所述光纤环形器用于根据光输入的端口改变光输出的端口
。
[0024]其中，从
A
端口输入的激光将从
B
端口出射，从
B
端口输入的激光将从
C
端口出射
。
[0025]进一步，所述光纤准直器用于将光纤传输的光经过准直后出射至自由空间
。
[0026]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的，本专利技术的有益效果如下：
[0027]1)
本专利技术压窄了激光器的线宽，抑制了激光器的输出频率噪声，无需高精度频率参考源便可实现光学反馈
‑
PDH
联合频率锁定；
[0028]2)
本专利技术使用了马赫
‑
曾德尔调制器代替传统
PDH
频率锁定技术中的电光相位调制器，避免了电光相位调制器引起的剩余幅度调制；
[0029]3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
使用马赫
‑
曾德尔调制器的光学反馈
‑
PDH
联合频率锁定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
利用所述激光器
(1)
向偏振分束棱镜
(2)
发送激光
。
所述偏振分束棱镜
(2)
将接收到的激光分成两束，反射光记为
s
光，透射光记为
p
光
。2)s
光经过反射镜
I(3)、
反射镜
II(5)
后，入射至
V
型腔
(6)
；
V
型腔
(6)
前镜透射光沿原光路返回至激光器
(1)
，形成光学反馈效应，压窄激光器
(1)
线宽，进而使
p
光线宽压窄；
3)
线宽压窄后的
p
光经过光隔离器
(8)、
反射镜
III(9)、
光纤耦合器
(10)、
马赫
‑
曾德尔调制器
(11)、
光纤环形器
(12)、
光纤准直器
(13)、
模式匹配透镜
(14)、
反射镜
IV(15)
和反射镜
V(17)
后，入射线性
F
‑
P
腔
(18)
；所述反射镜
V(17)
上粘有压电促动器
II(16)
；
4)
监测线性
F
‑
P
腔
(18)
的透射光信号，并进行处理，得到压电促动器控制信号；将压电促动器控制信号传输至压电促动器
II(16)
，控制压电促动器
II(16)
工作，从而调整线性
F
‑
P
腔
(18)
的腔长，使线性
F
‑
P
腔
(18)
保持稳定谐振状态
。2.
根据权利要求1所述的使用马赫
‑
曾德尔调制器的光学反馈
‑
PDH
联合频率锁定方法，其特征在于，所述反射镜
II(5)
上粘有压电促动器
I(4)。3.
根据权利要求1所述的使用马赫
‑
曾德尔调制器的光学反馈
‑
PDH
联合频率锁定方法，其特征在于，激光器
(1)
和
V
型腔
(6)
之间的光程可调，调节步骤包括：
1)
基于光学反馈频率锁定技术，利用光电探测器
(7)
将
V
型腔
(6)
透射光转换为电信号，进行解调，实时获取光学反馈相位调节误差信号；
2)
将光学反馈相位调节误差信号传输至压电促动器
I(4)
，控制压电促动器
(4)

【专利技术属性】
技术研发人员：万福，王锐，陈伟根，王谦，姚强，龙英凯，王品一，余倩豪，杜林，李龙，王有元，张施令，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：