本发明专利技术涉及激光频率锁定技术，具体是一种高稳定激光频率锁定方法及装置。解决了目前没有一种能够消除残余幅度调制的激光频率锁定方法的技术问题，以及缺乏消除残余幅度调制的激光频率锁定装置的技术问题。一种高稳定激光频率锁定方法，包括PDH频率锁定方法，所述PDH频率锁定方法包括对激光光束所进行的调制过程；还包括对调制后的激光光束所进行的残余幅度调制抑制方法。一种高稳定激光频率锁定装置，包括PDH频率锁定装置和残余幅度调制抑制系统。本发明专利技术结构简单，构思巧妙，有效提高了激光频率锁定的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光频率锁定技术，具体是一种高稳定激光频率锁定方法及装置。
技术介绍
二十世纪六十年代，在一系列多领域研究的基础上梅曼研制成功了第一台激光器，由于激光具有强相干、高强度以及窄线宽等特性，很快被应用到工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等领域。但是激光源的频率由于受到外界扰动和温度变化等的影响会发生漂移，这对于激光的应用非常不利，因此必须发展用于激光频率锁定的技术。目前，利用外部光学腔作为频率标准的激光到腔的频率锁定技术主要包括 Pound-Drever-Hall (PDH)方法、低频调制方法、空间模干涉方法、边模偏频锁定方法等。其中基于频率调制的I3DH频率锁定方法，是通过电光调制器(EOM)对激光频率进行调制后，将出射激光引入Fabry-Perot腔(也简称F-P腔)，将腔的反射信号与经过移相后的调制信号进行混频来获得误差信号，该误差信号具有高的信噪比，并且能将激光频率锁定到很窄的范围内，是目前应用最为广泛的频率锁定方法。所述TOH频率锁定方法所采用的装置(如图 I所不)，包括激光器I，激光器I出射光路上设有电光调制器2,电光调制器2的出射端设有入射光与反射光分离系统4,入射光与反射光分离系统4的一个出射端设有Fabry-Perot腔 5，另一个出射端设有第一光电探测器11 ;第一光电探测器11的输出端顺次连接有调制与解调系统12和第一电子伺服系统15,第一电子伺服系统15的输出端与激光器I的电压控制端口相连接；调制与解调系统12的另一个输出端还连接有偏置器14，所述偏置器14的输出端与电光调制器2的电压控制端口相连接。具体实施时，第一电子伺服系统15、调制与解调系统12、入射光与反射光分离系统4包括如下装置(如图4所示)第一电子伺服系统15包括低通滤波器20和第一 PID控制器21 ;调制与解调系统12包括有射频源16、移相器17和混频器19 ;入射光与反射光分离系统4包括光纤环形器22和第一光纤稱合器18 ； 所述低通滤波器20的输入端与混频器19输出端相连接，低通滤波器20的输出端与第一 PID控制器21输入端相连接；第一 PID控制器21的输出端与激光器I的电压控制端口相连接；所述射频源16的一个输出端与移相器17的输入端相连接，移相器17的输出端与混频器19的一个输入端相连接；第一光电探测器11的输出端与混频器19的输入端相连接， 射频源16的另一个输出端与偏置器14的输入端相连接。第一光纤稱合器18设置在光纤环形器22的一个出射端,F-P腔5设置在第一光纤I禹合器18的出射端,第一光电探测器11 设置在光纤环形器22的另一个出射端，第一光电探测器11的输出端与混频器19的另一个输入端相连接。激光源I输出的激光进入电光调制器2，射频源16产生一定频率的调制信号通过Bias Tee (即偏置器)14后加到电光调制器2的电压控制端口，对激光频率进行调制；调制后的激光通过入射光与反射光分离系统4后射到F-P腔5，F-P腔5的反射光再通过光纤环形器22和第一光纤耦合器18后由第一光电探测器11探测并转化为电信号，其电信号进入混频器19 ;射频源16还产生一个调制信号通过移相器17后与进入混频器19，激光的电信号在混频器19被解调，并通过低通滤波器20和第一 PID控制器21反馈到激光源的电压控制端口来对激光频率进行锁定。电光调制器可采用光纤电光调制器，也可采用空间电光调制器；在采用空间电光调制器时，由于空间电光调制器电压控制端口的工作电压在千伏量级，因此射频源16产生一定频率的调制信号通过Bias Tee (即偏置器)14输入至空间电光调制器前，需在偏置器 14与空间电光调制器电压控制端口之间设置一个高压放大器，将调制信号放大至千伏量级，以满足空间电光调制器对工作电压的要求。电光调制器内部有晶体，激光在穿过晶体的过程中受到调制，携带上所需传递的信息，并出射至下一个光学器件。但在对激光信号进行调制时，由于入射激光的偏振方向不能完全与电光调制器的调制方向一致、偏振模色散以及温度等对电光调制器中内部晶体折射率的影响，就会导致残余幅度调制的产生，使得频率调制光谱信号中出现一个依赖于晶体折射率的直流偏置， 同时信号线型被扭曲。图3a是基于光纤或空间电光调制器采用TOH频率锁定装置获得的误差信号，从图中可以看到，误差信号存在较大的直流偏置，且线型非常不对称，这会使得激光频率锁定位置(图3a中虚线所示)难以确定，而且会偏离误差信号的中心点，导致激光频率极容易失锁，不能实现激光频率长时间、稳定的锁定。基于此，我们利用PDH频率锁定方法对激光频率进行锁定时所获得的误差信号就会存在直流偏移，不稳定，而且线型不对称， 最终导致激光频率不能实现长期稳定的锁定。这对于许多要求激光具有稳定频率的应用场合及设备非常不利。然而目前尚无一种能够消除激光残余幅度调制的激光频率锁定方法及相关装置。
技术实现思路
本专利技术为解决目前没有一种能够消除残余幅度调制的激光频率锁定方法的技术问题，以及缺乏消除残余幅度调制的激光频率锁定装置的技术问题，提供一种高稳定激光频率锁定方法及装置。本专利技术所述的高稳定激光频率锁定方法是采用如下技术方案实现的一种高稳定激光频率锁定方法，包括I3DH频率锁定方法，所述TOH频率锁定方法包括对激光光束所进行的调制过程；还包括对调制后的激光光束所进行的残余幅度调制抑制方法；所述残余幅度调制抑制方法包括以下步骤(a)、将包含残余幅度调制的激光光束分解成两束相互垂直的线偏振光；(b)、分别将两束线偏振光的光信号转化为电信号；(C)、将两束线偏振光的电信号的强度相减，获得一个代表两束线偏振光相位差的电信号；(d)、将代表该相位差的电信号作为误差信号反馈至对激光进行调制的设备，消除残余幅度调制。将含有残余幅度调制的激光分解成两束相互垂直的两束线偏振光，分解时可采用相应的分光设备；将两束相互垂直的线偏振光通过光探测装置转化为电信号，此电信号包含有两束光的相位信息；将包含有两束光相位信息的电信号的强度通过减法装置相减，并以相减得到的电信号作为误差信号，通过电子伺服系统反馈至对激光进行调制的设备，从而消除残余幅度调制。所述的分光设备、光探测装置、减法装置、以及电子伺服系统均为现有公知技术，具有多种结构可供选择，本领域技术人员是很容易实现的。对于一个无残余幅度调制的频率调制光谱，解调得到的是一个大小只依赖于解调相位Φ的直流信号，其表达式为+Φ0)(^Φ] (I)由于电光调制器的引入将会导致残余幅度调制的产生，因此在解调得到的信号中除了包含无残余幅度调制项外，还存在依赖于晶体中两个偏振方向相位差的项，其表达式为 I=-2e-2 5 0J1E0oE°esin2 Θ sinA φοο8φ (2)其中Δφ = φ。一 φ6 — ΦΗ为两偏振方向的相位差，ΦΗ为电光调制器电压控制端口电压信号引起的相位差，通过改变电光调制器电压端口电压信号的大小就可以改变晶体内部的折射率，进而使(2)式为零，达到抑制残余幅度调制的目的。具体的讲，激光在传播过程中其电矢量可分解为两个相互垂直的矢量，通过电光调制器时，电光调制器内部的晶体会使激光的两个电矢量发生相位差，使得出射后的激光偏振态发生改变，不符合对出射光束的要求。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李志新，赵刚，马维光，付小芳，谭巍，董磊，张雷，尹王保，贾锁堂，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：
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