一種高鎖頻精度雷射器的製造方法
2023-05-03 02:01:21
一種高鎖頻精度雷射器的製造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及雷射器技術領域，特別涉及一種高鎖頻精度雷射器。
【背景技術】
[0002]半導體雷射器是一種具有諸多優點的光源裝置，如體積小、結構簡單、單色性好、相干性好、工作電源電壓低等，因而半導體雷射器在通信、量子物理、印刷、機械、醫療等領域扮演著越來越重要的角色。特別是在量子物理等基礎物理研究方面，半導體雷射器更是發揮了不可或缺的重大作用。
[0003]但是在量子物理領域，對半導體雷射器輸出信號的頻率穩定性要求非常高，為了保證半導體雷射器輸出信號的頻率穩定性，現有技術通常通過控制半導體雷射器的工作條件來提高半導體雷射器的頻率穩定性，如控制半導體雷射器的工作溫度。
[0004]但即使對半導體雷射器的上述工作條件控制非常好，半導體雷射器輸出信號的頻率穩定性仍然不太理想，達不到高端實驗、科研等領域的應用要求。
【實用新型內容】
[0005]為了解決現有技術的問題，本實用新型實施例提供了一種高鎖頻精度雷射器。所述技術方案如下:
[0006]本實用新型實施例提供了一種高鎖頻精度雷射器，所述雷射器包括:雷射管、光學器件、吸收泡和第一光電檢測單元，所述光學器件、吸收泡和第一光電檢測單元沿所述雷射管的雷射的發射方向依次設置，且所述光學器件、吸收泡和第一光電檢測單元均設置在所述雷射的光路上；
[0007]所述雷射器還包括:與所述雷射管電連接的功率放大器，與所述雷射管電連接的雷射驅動器，設置在所述光學器件和所述吸收泡之間的聲光調製器；
[0008]控制所述功率放大器及所述雷射驅動器並對所述聲光調製器進行調製的伺服環路，所述伺服環路分別與所述第一光電檢測單元、所述功率放大器、所述雷射驅動器及所述聲光調製器電連接。
[0009]在本實用新型實施例的一種實現方式中，所述吸收泡為無微波場系統的吸收泡。
[0010]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述吸收泡內設有87Rb原子。
[0011]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述雷射器還包括:光隔離器、第一分光片和第二光電檢測單元，所述光隔離器和第一分光片依次設置在所述光學器件和所述吸收泡之間，經過所述第一分光片分出的兩束雷射分別照射到所述吸收泡和所述第二光電檢測單元上；
[0012]所述雷射器還包括:設置在所述光學器件和所述光隔離器之間的第二分光片、正對所述第二分光片的反射光路設置的第三光電檢測單元；
[0013]所述伺服環路分別與所述第二光電檢測單元和所述第三光電檢測單元電連接。
[0014]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述伺服環路包括:
[0015]與運算單元、奇數級邏輯門陣列、控制單元、檢測單元和計算單元；
[0016]所述與運算單元的輸入端與所述第二光電檢測單元的輸出端電連接，所述奇數級邏輯門陣列的輸入端與所述與運算單元的輸出端電連接，所述控制單元同時與所述奇數級邏輯門陣列及所述光隔離器電連接，所述檢測單元的輸入端與所述奇數級邏輯門陣列的輸出端電連接，所述計算單元的輸入端與所述檢測單元的輸出端電連接。
[0017]其中，At為所述系統閉環時間，Tl為所述整機振蕩周期，TO為所述奇數級邏輯門陣列的振蕩周期。
[0018]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述伺服環路包括直接數字式頻率合成器，所述直接數字式頻率合成器與所述聲光調製器電連接。
[0019]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述雷射器還包括與所述雷射管電連接的自穩頻。
[0020]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述雷射器還包括與所述雷射驅動器電連接的恆流源。
[0021]在本實用新型實施例的另一種實現方式中，所述伺服環路為單片微型計算機。
[0022]本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0023]本實用新型實施例通過先對雷射器的功率進行穩定，保證雷射器的整體工作狀態，在功率穩定後，通過先建立光檢信號的電壓值-掃頻信號的頻率值的曲線，確定斜率最大點的電壓值Vk和頻率值Fk作為參考值，然後根據光檢信號的電壓與參考電壓值Vk的大小，確定糾偏信號，從而保證了雷射器的頻率穩定度。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1是本實用新型實施例提供的一種高鎖頻精度雷射器的結構示意圖；
[0026]圖2是本發明實施例提供的光檢信號的電壓值-掃頻信號的頻率值的曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。
[0028]圖1是本實用新型實施例提供的一種高鎖頻精度雷射器的結構示意圖，參見圖1，該雷射器包括:雷射管10、光學器件20、吸收泡30和第一光電檢測單元40，光學器件20、吸收泡30和第一光電檢測單元40沿雷射管10的雷射的發射方向依次設置，且光學器件20、吸收泡30和第一光電檢測單元40均設置在雷射的光路上；
[0029]雷射器還包括:與雷射管10電連接的功率放大器50，與雷射管10電連接的雷射驅動器60，設置在光學器件20和吸收泡30之間的聲光調製器100;
[0030]控制功率放大器50及雷射驅動器60並對聲光調製器100進行調製的伺服環路70，伺服環路70分別與第一光電檢測單元40、功率放大器50、雷射驅動器60器及聲光調製器100電連接。
[0031]具體地，伺服環路70，用於根據雷射管10的輸出信號的電流產生功率糾偏信號，將功率糾偏信號輸出到功率放大器50;在輸出功率糾偏信號的設定時間(如30S)後，向聲光調製器100輸出一個線性的掃頻信號，獲取第一光電檢測單元40輸出的光檢信號，根據所述光檢信號的電壓值與所述掃頻信號的頻率值擬合曲線(具體可以如圖2所示)，確定曲線中的斜率最大點的電壓值Vk和頻率值Fk;然後再採用頻率為Fk的射頻信號調製聲光調製器100，獲取第一光電檢測單元40的光檢信號，當光檢信號的電壓大於電壓值Vk時，向雷射驅動器60輸出一個絕對值為設定值的正糾偏信號，當光檢信號的電壓小於電壓值Vk時，向雷射驅動器60輸出一個絕對值為設定值的負糾偏信號。
[0032]本實用新型實施例通過先對雷射器的功率進行穩定，保證雷射器的整體工作狀態，在功率穩定後，通過先建立光檢信號的電壓值-掃頻信號的頻率值的曲線，確定斜率最大點的電壓值Vk和頻率值Fk作為參考值，然後根據光檢信號的電壓與參考電壓值Vk的大小，確定糾偏信號，從而保證了雷射器的頻率穩定度。
[0033]其中，光學器件20包括但不限於光柵。
[0034]其中，吸收泡30為無微波場系統的吸收泡30。
[0035]其中，吸收泡30中含有鹼金屬，例如87Rb。
[0036]如圖1所示，雷射器還包括:光隔離器80、第一分光片90和第二光電檢測單元110，光隔離器80和第一分光片90依次設置在光學器件20和吸收泡30之間，經過第一分光片90分出的兩束雷射分別照射到吸收泡30和第二光電檢測單元110上；
[0037]雷射器還包括:設置在光學器件20和光隔離器80之間的第二分光片120、正對第二分光片120的反射光路設置的第三光電檢測單元130;
[0038]伺服環路70，用於根據第二光電檢測單元110檢測的光檢信號計算雷射器的系統閉環時間，計算系統閉環時間的倒數得到系統閉環頻率，產生一路頻率等於系統閉環頻率的正整數倍的時序信號，採用時序信號對第三光電檢測單元130產生的光檢信號的電流值進行採樣;比較採樣到的電流值與額定值的大小，當採樣到的電流值小於額定值時，增大功率放大器50的倍數，當採樣到的電流值大於額定值時，減小功率放大器50的倍數。
[0039]伺服環路70分別與第二光電檢測單元110和第三光電檢測單元130電連接。
[0040]可選地，伺服環路70包括:
[0041]與運算單元701、奇數級邏輯門陣列702、控制單元703、檢測單元704和計算單元705；
[0042]與運算單元701的輸入端與第二光電檢測單元110的輸出端電連接，奇數級邏輯門陣列702的輸入端與與運算單元701的輸出端電連接，控制單元703同時與奇數級邏輯門陣列702及光隔離器電80連接，檢測單元704的輸入端與奇數級邏輯門陣列702的輸出端電連接，計算單元705的輸入端與檢測單元704的輸出端電連接。
[0043]與運算單元701，用於獲取伺服環路70產生的同步鑑相信號和第二光電檢測單元110產生的光檢信號，將同步鑑相信號與光檢信號進行與運算;具體地，將同步鑑相信號與光檢信號進行與運算可以採用下述方式實現:當同步鑑相信號或光檢信號為高電平時記為I，低電平記為O，然後再進行與運算。
[0044]奇數級邏輯門陣列702，用於接收並處理與運算單元701的輸出結果；
[0045]控制單元703，用於採用奇數級邏輯門陣列702的輸出信號控制光隔離器80的開關動作；
[0046]檢測單元704，用於檢測奇數級邏輯門陣列702的輸出信號的頻率，獲得整機振蕩周期；
[0047]計算單元705，用於根據整機振蕩周期及奇數級邏輯門陣列702的振蕩周期，計算系統閉環時間。
[0048]其中，光隔離器80可以是光隔離器80或者高速快門Shutter，但這裡也僅作為舉例，本實用新型並不限制如此。第一分光片90將雷射分為兩束，一束送至吸收泡30中，另一束送至第二光電檢測單元110中。
[0049]其中，奇數級邏輯門陣列702的級數可以根據實際需要設定，例如大於3。
[0050]在本實用新型實施例中，計算單元705，具體用於:根據以下公式計算系統閉環時間:At = (Tl-T0)/2；
[0051]其中，At為系統閉環時間，Tl為整機振蕩周期，TO為奇數級邏輯門陣列702的振蕩周期。
[0052]具體地，奇數級邏輯門陣列702由奇數個非門串接在一起，會產生自激振蕩。設非門的個數為M(大於O的奇數)，每個非門電路的平均傳輸延遲時間為t，則奇數級邏輯門陣列702的振蕩周期為T0。假定輸入奇數級邏輯門陣列702的信號初態為『I』，則經過I個傳輸延遲t後變為『 O 』，再經過I個傳輸延遲t變為『 I』，經過奇數M個傳輸延遲Mt後，初態『 I』變為『O』。因此，可以得到:T0 = 2Mt (I)0
[0053]在奇數級邏輯門陣列702串入雷射器系統後，當光隔離器80是『開』狀態時，雷射器激勵的光通過光隔離器80後直接進入吸收泡30中，完成量子鑑頻，產生光檢信號，光檢信號經伺服環路70處理後用於同步鑑相。因為雷射器激勵光能夠透過吸收泡30，故此時刻經伺服環路70的同步鑑相信號與第二光電檢測單元110產生的光檢信號的與運算的結果送入奇數級邏輯門陣列702中的信號為高電平『I』，而奇數級邏輯門陣列702由奇數個非門構成，因此送入奇數級邏輯門陣列702中的信號經過奇數個非門後變成低電平『0』，輸出信號再次作用於光隔離器80，使其為『關』狀態。依次循環，在奇數級邏輯門陣列702的輸出端會出現『I』、『0』、『I』…、『0』的變化，通過奇數級邏輯門陣列702的輸出端頻率信號檢測，即可得出整機振蕩周期Tl。而根據公式(I)相同的道理，可以推導出該整機振蕩周期Tl可以表示為:Tl = 2(Mt+At) (2)0
[0054]故通過公式(I)和(2)，可推導得出:At = (Tl_T0)/2。
[0055]在本實用新型實施例中，伺服環路70包括直接數字式頻率合成器，直接數字式頻率合成器與聲光調製器100電連接。直接數字式頻率合成器用於向聲光調製器100輸出一個線性的掃頻信號或者頻率為Fk的射頻信號。
[0056]可選地，雷射器還包括與雷射管10電連接的自穩頻140。
[0057]可選地，雷射器還包括與雷射驅動器60電連接的恆流源150。
[0058]可選地，伺服環路70為單片微型計算機，方便各個功能電路的搭建，且運行速度快。
[0059]本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬體來完成，也可以通過程序來指令相關的硬體完成，所述的程序可以存儲於一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁碟或光碟等。
[0060]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【主權項】
1.一種高鎖頻精度雷射器，其特徵在於，所述雷射器包括:雷射管、光學器件、吸收泡和第一光電檢測單元，所述光學器件、吸收泡和第一光電檢測單元沿所述雷射管的雷射的發射方向依次設置，且所述光學器件、吸收泡和第一光電檢測單元均設置在所述雷射的光路上； 所述雷射器還包括:與所述雷射管電連接的功率放大器，與所述雷射管電連接的雷射驅動器，設置在所述光學器件和所述吸收泡之間的聲光調製器； 控制所述功率放大器及所述雷射驅動器並對所述聲光調製器進行調製的伺服環路，所述伺服環路分別與所述第一光電檢測單元、所述功率放大器、所述雷射驅動器及所述聲光調製器電連接。2.根據權利要求1所述的雷射器，其特徵在於，所述吸收泡為無微波場系統的吸收泡。3.根據權利要求2所述的雷射器，其特徵在於，所述吸收泡內設有87Rb原子。4.根據權利要求1所述的雷射器，其特徵在於，所述雷射器還包括:光隔離器、第一分光片和第二光電檢測單元，所述光隔離器和第一分光片依次設置在所述光學器件和所述吸收泡之間，經過所述第一分光片分出的兩束雷射分別照射到所述吸收泡和所述第二光電檢測單元上； 所述雷射器還包括:設置在所述光學器件和所述光隔離器之間的第二分光片、正對所述第二分光片的反射光路設置的第三光電檢測單元； 所述伺服環路分別與所述第二光電檢測單元和所述第三光電檢測單元電連接。5.根據權利要求4所述的雷射器，其特徵在於，所述伺服環路包括: 與運算單元、奇數級邏輯門陣列、控制單元、檢測單元和計算單元； 所述與運算單元的輸入端與所述第二光電檢測單元的輸出端電連接，所述奇數級邏輯門陣列的輸入端與所述與運算單元的輸出端電連接，所述控制單元同時與所述奇數級邏輯門陣列及所述光隔離器電連接，所述檢測單元的輸入端與所述奇數級邏輯門陣列的輸出端電連接，所述計算單元的輸入端與所述檢測單元的輸出端電連接。6.根據權利要求1所述的雷射器，其特徵在於，所述伺服環路包括直接數字式頻率合成器，所述直接數字式頻率合成器與所述聲光調製器電連接。7.根據權利要求1至6任一項所述的雷射器，其特徵在於，所述雷射器還包括與所述雷射管電連接的自穩頻。8.根據權利要求1至6任一項所述的雷射器，其特徵在於，所述雷射器還包括與所述雷射驅動器電連接的恆流源。9.根據權利要求1至6任一項所述的雷射器，其特徵在於，所述伺服環路為單片微型計算機。
【專利摘要】本實用新型公開了一種高鎖頻精度雷射器，屬於雷射器技術領域。所述雷射器包括：雷射管、光學器件、吸收泡和第一光電檢測單元，所述光學器件、吸收泡和第一光電檢測單元沿所述雷射管的雷射的發射方向依次設置，且所述光學器件、吸收泡和第一光電檢測單元均設置在所述雷射的光路上；所述雷射器還包括：與所述雷射管電連接的功率放大器，與所述雷射管電連接的雷射驅動器，設置在所述光學器件和所述吸收泡之間的聲光調製器；伺服環路，所述伺服環路分別與所述第一光電檢測單元、所述功率放大器、所述雷射驅動器及所述聲光調製器電連接。
【IPC分類】H01S5/0687
【公開號】CN205385197
【申請號】CN201520924303
【發明人】周俊, 漆為民, 賈茜
【申請人】江漢大學
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2015年11月19日