专利汇可以提供一种激光器长期频率稳定性的测量装置和测量方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 激光器 长期 频率 稳定性 的测量装置,包括:外腔 半导体 激光器系统、 原子 蒸汽 池、光电探测器、 数据采集 卡、 电压 放大器 和LabVIEW程序处理系统;外腔半导体激光器系统输出的激光两次经过原子蒸汽池,原子蒸汽池输出端连接光电探测器的 采样 端,光电探测器和数据采集卡建立连接,数据采集卡通过其设有的PCI端口与LabVIEW程序处理系统连接。本发明还公开了一种激光器长期频率稳定性的测量方法。本发明把待测激光器的频率 锁 定在原子分子的超精细跃迁谱线上,不需要待测激光器与标准频率源激光器或另一台同类型激光器的 拍频 信号 ,就可以获得激光器的长期频率稳定性。,下面是一种激光器长期频率稳定性的测量装置和测量方法专利的具体信息内容。
1.一种激光器长期频率稳定性的测量装置,其特征在于,包括:外腔半导体激光器系统(1)、原子蒸汽池(2)、光电探测器(3)、数据采集卡(4)、电压放大器(5)和LabVIEW程序处理系统(6);
外腔半导体激光器系统(1)输出的激光两次经过原子蒸汽池(2),原子蒸汽池(2)输出端连接光电探测器(3)的采样端,光电探测器(3)和数据采集卡(4)建立连接,数据采集卡(4)通过其设有的PCI端口与LabVIEW程序处理系统(6)连接,数据采集卡(4)的输出端分别与电压放大器(5)和外腔半导体激光器系统的调制端连接,电压放大器(5)控制外腔半导体激光器系统,LabVIEW程序处理系统(6)产生的正弦波信号通过数据采集卡(4)输入到外腔半导体激光器系统的调制端,实现对激光频率的正弦调制,LabVIEW程序处理系统(6)产生的三角波信号通过数据采集卡(4)输入到电压放大器(5),实现激光频率的连续扫描,数据采集卡(4)采集光电探测器(3)采集到的原子的饱和吸收信号,LabVIEW程序处理系统(6)获取到原子的饱和吸收信号,将计算得到的反馈信号通过数据采集卡(4)输入到电压放大器(5),电压放大器(5)控制外腔半导体激光器系统实现激光频率的锁定。
2.如权利要求1激光器长期频率稳定性的测量装置,其特征在于,所述外腔半导体激光器系统(1)包括激光二极管(11)、电流控制器(12)、温度控制器(13)、衍射光栅(14)、反射镜(15)和压电陶瓷(16);温度控制器(13)和电流控制器(12)分别控制激光二极管(11)的工作温度和电流,激光二极管(11)输出的激光入射到衍射光栅(14),衍射光栅(14)对入射的激光进行处理产生一级衍射光,一级延射光正入射至反射镜(15),反射镜(15)使一级衍射光沿原路返回到激光二极管(11)形成光振荡,衍射光栅(14)产生的零级衍射光作为输出光输入至原子蒸汽池(2),压电陶瓷(16)控制反射镜(15)的角度。
3.如权利要求1激光器长期频率稳定性的测量装置,其特征在于,所述LabVIEW程序处理系统(6)包括DAQ输入装置(61)、三角波仿真信号处理器(63)、正弦波仿真信号处理器(62)、移相器(64)、第一乘法器(65)、第二乘法器(611)、低通滤波器(66)、补偿信号处理器(67)、比例积分控制器、第一加法器(610)、第二加法器(612)、DAQ输出装置(613);正弦波仿真信号处理器(62)输出与移相器(64)的输入连接,移相器(64)和DAQ输入装置(65)输出分别与第一乘法器(65)的输入连接,第一乘法器(65)输出与低通滤波器(66)输入连接,低通滤波器(66)输出和补偿信号处理器(67)相加后分别与比例积分控制器的比例积分控制器的输入连接,比例积分控制器的比例积分控制器的输出分别与第一加法器(610)的输入连接,第一加法器(610)的输出与第二乘法器(611)的输入连接,第二乘法器(611)与三角波仿真信号处理器(63)的输出分别与第二加法器(612)的输入连接,第二加法器(612)和正弦波仿真信号处理器(62)的输出捆绑后与DAQ输出装置(613)的输入连接。
4.如权利要求1激光器长期频率稳定性的测量装置,其特征在于,所述比例积分控制器包括并联设置的一比例运算器(68)和积分运算器(69)。
5.一种激光器长期频率稳定性的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:关闭LabVIEW程序处理系统(6)中的比例积分控制器,打开三角波仿真信号处理器(63),在外腔半导体激光器系统的压电陶瓷(16)上施加三角波扫描电压,经扫描后的激光束经过原子蒸汽池(2)后输入到光电探测器(3)。
步骤二:利用数据采集卡(4)采集光电探测器(3)采集到的原子饱和吸收信号,所述饱和吸收信号传输至LabVIEW程序处理系统(6),LabVIEW程序处理系统(6)根据采集的饱和吸收信号,得到相应的误差信号;
步骤三:调节上述误差信号的补偿信号处理器(67),消除多普勒背景;
步骤四:减小三角波仿真信号处理器(63)的扫描幅度同时调节直流偏置,使LabVIEW程序处理系统(6)的前面板中只显示一个饱和吸收峰,直到三角波的扫描幅度接近零为止;
步骤五:使三角波仿真信号处理器(63)的扫描幅度为零,保留直流偏置。打开LabVIEW程序处理系统(6)中的比例积分控制器(68和69)生成反馈电压信号;
步骤六:数据采集卡(4)将反馈电压信号传输至电压放大器(5),使得外腔半导体激光器系统的频率被锁定。
6.如权利要求5所述的激光器长期频率稳定性的测量方法,其特征在于,获得误差信号的原理如下:
LabVIEW程序处理系统(6)的正弦波仿真信号处理器(62)产生一正弦波仿真信号:
u=Umsin(ωnt)
其中ωn和Um分别为正弦波仿真信号的频率和幅值,u为正弦波仿真信号t时刻的值。
将其输入到外腔半导体激光器系统的电流控制器(12)的调制端口,实现对激光频率的线性调制,假设调制之前,所述的外腔半导体激光器系统输出的激光角频率为ω0,所述的饱和吸收峰光谱线型函数G(ω0),则调制后激光的瞬时角频率:
ω'=ω0+k sin(ωnt)
其中k为调制度,ω'为调制后的激光瞬时角频率,则所述的饱和吸收峰光谱线型函数为G(ω'),由于调制幅度很小,可以在ω0处对光谱线型函数作泰勒展开:
其中 为饱和吸收峰光谱线型函数G(ω)对ω的n阶导数。由
于调制度k很小,所以可以不考虑上式中二阶及其以上的项,即:
为了获得所述的饱和吸收峰光谱线型函数的一阶微分信号,将G(ω')与LabVIEW程序处理系统(6)的正弦波仿真信号处理器(62)产生的一正弦波仿真信号混频可以得到:
上式中左侧sin ωnt为参与混频的正弦波仿真信号,其中频率为ωn且计算中默认幅值为1。右式第二项为直流信号,且正比于一阶微分信号,其余两项是频率为ωn,2ωn的交流信号,通过低通滤波器(66),就可以滤掉交流信号,获得只含有一阶微分信号的直流成分,即误差信号。
7.如权利要求3所述的激光器长期频率稳定性的测量方法,其特征在于,所述比例积分控制器(68和69)获得的反馈电压以如下公式表示:
V=Pe(t)+IΣe(t)
其中P为比例参数,I为积分参数,e(t)为误差信号,V为负反馈电压值。
外腔半导体激光器系统的频率被锁定时,LabVIEW程序处理系统(6)可以将所述的误差信号和所述的反馈电压信号以及相应的时间输入到文档中,根据PZT扫描电压与激光频率以及误差信号的关系,可以推导出误差信号与激光频率偏差的转化关系。这样就可以获得外腔半导体激光器系统的长期频率稳定性以及短期的频率稳定度。
8.根据权利要求5所述的激光器长期频率稳定性的测量方法,其特征在于,步骤一中,在在外腔半导体激光器系统的压电陶瓷(16)上施加三角波扫描电压扫描之前,先测量压电陶瓷(16)的直流偏压与激光频率的关系。
9.根据要求5所述的激光器长期频率稳定性的测量方法,其特征在于,步骤三还包括:
从LabVIEW程序处理系统(6)中导出一个扫描周期内的三角波扫描信号和误差信号。
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