【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光器，特别涉及一种超稳功率及稳频的大功率法拉第激光器。
技术介绍
1、激光器在计量学中起着重要的作用，激光功率的微小波动限制了精密测量的灵敏度。例如在原子钟、光阱技术、激光冷却、原子束的激光偏转等领域，激光的高功率稳定性和频率稳定性具有重要意义。
2、大多数稳定激光功率的方法可归纳为两类：内控稳定系统和外控稳定系统。内控稳定系统是建立一个闭环系统控制驱动电流、温度、腔长等激光器件的内部因素，具有结构简单、效率高的优点。但是这类方法目前的功率波动指标一般只能达到0.1％～0.01％，而且这种系统常常由于探测功率的限制，也只局限于稳定小功率mw量级输出的激光器。更关键的是，对于常规的外腔半导体激光器，如光栅外腔半导体激光器，通过内控稳定系统稳功率的同时，会对激光的频率产生干扰，造成激光频率的大幅波动，影响对频率稳定度要求高的应用。
3、外部控制稳定系统通过光调制技术来控制激光功率，如利用声光调制器(aom)和电光调制器(eom)，这种方式虽然不会干扰激光频率，但会给激光功率带来较大的损耗。其中，用aom实现稳功率虽然功率稳定度可以达到10-6量级，但功率损耗至少达到30％，而且高精密的大功率激光制备也很困难。由于实现稳功率所需的功率损耗过大，且高端大功率激光器的实现难度高，因此现有技术很满以足对大功率激光有特殊需求的应用，例如激光冷却，激光功率越大系统性能越好。因此如何高效且又高精度的稳定大功率激光的功率且不干扰激光频率稳定性是目前难以解决的实际问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种超稳功率及稳频的大功率法拉第激光器，目的是实现输出超稳功率及稳频的大功率激光，且具备长期稳定性。
2、本专利技术的思路是利用高比例分束器将大功率法拉第激光器分成强弱光束，弱光束转成空间光经高灵敏探测器探测，通过高速伺服控制器锁定到精密控温的高精度电压参考源上，从而在强光束端实现大功率长期稳定的超稳功率及稳频法拉第激光输出。
3、基于此，本专利技术提供一种超稳功率及稳频的大功率法拉第激光器，所述激光器包括大功率法拉第激光光源101和光纤分束器103，光纤分束器103包括强光输出端和弱光输出端，所述弱光输出端的输出光路上依序设置准直器104、中性密度滤光片105、半波片106和偏振分光棱镜107，在偏振分光棱镜107的两个输出光方向上分别设置第一高灵敏度探测器108和第二高灵敏度探测器109，第一高灵敏度探测器108的下游设置高速伺服控制器115；
4、所述激光器还包括控制大功率法拉第激光光源101的激光控制器116和第一温度控制器117；由激光控制器116向大功率法拉第激光光源101提供驱动电流，由第一温度控制器117控制激光器工作温度；
5、所述激光器还包括安装在恒温机构113中的高精度电压参考源112，高精度电压参考源112的输出作为高速伺服控制器115的参考电压；
6、工作时，大功率法拉第激光光源101输出的激光经光纤分束器103被分成强弱两束激光，强激光束作为系统输出直接输出，弱激光束经准直器104准直后输出平行光，所述平行光经过中性密度滤光105进行功率调节，然后经过半波片106和偏振分光棱镜107再分为两束光，这两束光分别进入第一高灵敏度探测器108和第二高灵敏度探测器109；第一高灵敏度探测器108的输出信号与高精度电压参考源112的输出信号同时接入高速伺服控制器115，通过调节高速伺服控制器115的直流电压偏置得到中心在零点的伺服信号，将所述伺服信号输入到激光控制器116的电流调制端口，通过控制激光器电流，最终实现大功率连续可调的超稳功率及稳频法拉第激光器。
7、根据一种优选的实施方式，为了提高高精度电压参考源112的输出电压稳定度，所述激光系统还包括恒温机构113，将高精度电压参考源112安装在恒温机构113内，确保高精度电压参考源自身处于温度恒定的环境中，尽量减少温度对输出的干扰。作为一种实现方式，恒温机构113包括一由保温材料构造的壳体和用于恒定所述壳体内部温度的第二温度控制器114。这种设计有利于稳定高精度电压参考源112的环境温度，提高其输出电压稳定度，从而起到提高大功率法拉第激光的功率稳定度的作用。
8、进一步地，高精度电压参考源112可采用基于lm399型号的稳压芯片进行稳压，可以输出高稳定度10-6量级的电压参考信号，可保证参考源的长期稳定性。
9、在本专利技术中，弱激光束的功率可以通过中性密度滤光片、半波片和偏振分光棱镜的组合进行双重调节补偿，使得第一高灵敏探测器118的信号接近于高精度电压参考源的信号，从而获得更好的稳功率效果。可选地，当第一高灵敏探测器108的信号不接近于高精度电压参考源112的信号时，高速伺服控制器115也可以附加直流电压，使得两者数值接近，差值接近于0，直流电压最大可达±10v。
10、在本专利技术中，通过第二温度控制器114将保温壳体内精密电压源的温度稳定在±0.01℃内。
11、根据一种优选的实施方式，本专利技术的激光系统还包括设置在大功率法拉第激光光源101与光纤分束器103之间的光纤转接法兰102。
12、在本专利技术中，优选地，在第二高灵敏度探测器109的光路下游设置六位半数字万用表110和激光功率读取装置111。六位半数字万用表110的测量将光功率信号经探测器转换成的电压信号，激光功率读取装置111用于获取激光系统环内激光功率稳定前后的数据，通常可由通用计算机配合适当的软件实现。
13、在本专利技术中，高比例光纤分束器103的最小分光比例小于1:99，即强激光束的最低功率大于大功率法拉第激光光源101输出的激光总功率的99％，因此实现稳功率所需的功率损耗小于1％。
14、作为一种替代的实施方式，可不设置第二高灵敏探测器109，采用三通转接头将第一高灵敏探测器108的信号接入六位半数字万用表110，随后同样通过激光功率读取装置111获取激光系统环内激光功率稳定前后的数据。
15、本专利技术的超稳功率及稳频的大功率法拉第激光器，首先通过高比例分束器进行分光，利用分出的弱激光束通过空间光路进行双重调节和补偿环内功率，使得作为输出的强激光束既能实现功率稳定，又能实现在稳定功率的同时，不会给激光频率带来扰动。同时，在不影响系统组成的前提下可以选择最佳的电流工作点，使得输出激光具有最优的功率稳定度和频率稳定度。
16、在功率损耗方面，由于分出的弱激光束的功率小于输出总功率的1％，即为了实现稳功率所需的功率损耗小于1％，显著优于现有技术中通过声光调制器(aom)或电光调制器(eom)实现的外部控制稳定系统所产生的功率损耗。
17、本专利技术采用的高精度电压参考源稳定性可达10-6量级，通过高速伺服控制器调制激光控制器的电流，能将激光功率精准锁定到参考电压上，实现稳定度10-6量级的大功率连续可调的超稳功率激光系统，解决了现有激光稳功率系统干扰输出频率、稳定性差本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.超稳功率及稳频的大功率法拉第激光器，其特征在于所述激光器包括依序通过光纤连接的大功率法拉第激光光源(101)和光纤分束器(103)，光纤分束器(103)包括强光输出端和弱光输出端，所述弱光输出端的输出光路上依序设置准直器(104)、中性密度滤光片(105)、半波片(106)和偏振分光棱镜(107)，在偏振分光棱镜(107)的两个输出光方向上分别设置第一高灵敏度探测器(108)和第二高灵敏度探测器(109)，第一高灵敏度探测器(108)的下游设置高速伺服控制器(115)；
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于所述恒温机构(113)包括一由保温材料构造的壳体和用于恒定所述壳体内部温度的第二温度控制器(114)。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于所述系统还包括设置在大功率法拉第激光光源(101)与光纤分束器(103)之间的法兰(102)。
4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于第二高灵敏度探测器(109)的光路下游设置六位半数字万用表(110)和激光功率读取装置(111)。
5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在
...【技术特征摘要】
1.超稳功率及稳频的大功率法拉第激光器，其特征在于所述激光器包括依序通过光纤连接的大功率法拉第激光光源(101)和光纤分束器(103)，光纤分束器(103)包括强光输出端和弱光输出端，所述弱光输出端的输出光路上依序设置准直器(104)、中性密度滤光片(105)、半波片(106)和偏振分光棱镜(107)，在偏振分光棱镜(107)的两个输出光方向上分别设置第一高灵敏度探测器(108)和第二高灵敏度探测器(109)，第一高灵敏度探测器(108)的下游设置高速伺服控制器(115)；
2.根据权利要求1所述的激光器，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛哲屹，王志洋，关笑蕾，史航博，常鹏媛，史田田，陈景标，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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