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具有高稳定性的 激光器

阅读：1036发布：2020-07-11

专利汇可以提供具有高稳定性的激光器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种具有高稳定性的激光器，属于激光器技术领域。所述激光器包括：激光管、压电晶体驱动器、分光片、光开关、谐振腔、同步检测单元、低频调制器、干涉仪、数据处理单元和温度补偿单元；所述分光片设置在所述激光管的激光输出光路上，且所述分光片分所述激光管产生的激光得到两个光路分支，所述光开关、所述谐振腔和所述同步检测单元依次设置在所述两个光路分支中的一个光路分支上，所述干涉仪设置在所述两个光路分支中的另一个光路分支上；所述低频调制器同时与所述光开关以及所述同步检测单元电连接，所述数据处理单元与所述干涉仪电连接，所述压电晶体驱动器同时与所述同步检测单元、所述数据处理单元以及所述温度补偿单元电连接。，下面是具有高稳定性的激光器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种具有高稳定性的激光器，其特征在于，所述激光器包括：激光管、压电晶体驱动器、分光片、光开关、谐振腔、同步检测单元、低频调制器、干涉仪、数据处理单元和温度补偿单元；
所述分光片设置在所述激光管的激光输出光路上，且所述分光片分所述激光管产生的激光得到两个光路分支，所述光开关、所述谐振腔和所述同步检测单元依次设置在所述两个光路分支中的一个光路分支上，所述干涉仪设置在所述两个光路分支中的另一个光路分支上；
所述低频调制器，用于产生控制所述光开关的时序信号以及与所述时序信号同频同相的同步参考信号；
所述同步检测单元，用于对经过所述谐振腔的光信号进行光电检测，得到光电检测信号；采用所述光电检测信号与所述同步参考信号进行同步鉴相，产生第一纠偏信号输出到所述压电晶体驱动器上；
所述数据处理单元，用于根据所述干涉仪产生的检测信号产生第二纠偏信号，并将所述第二纠偏信号输出到所述压电晶体驱动器上；
所述温度补偿单元，用于根据工作环境温度产生第三纠偏信号，并将所述第三纠偏信号输出到所述压电晶体驱动器上；
所述压电晶体驱动器，用于在所述第一纠偏信号、所述第二纠偏信号和所述第三纠偏信号的作用下驱动所述激光管工作。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述光开关为声光调制器。
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3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述谐振腔包括装有 Rb原子的吸收泡。
4.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述温度补偿单元包括：
温度转换电路，用于将所述工作环境温度与参考工作温度的差值转换为电压差；
差分放大电路，用于对所述电压差进行差分放大，得到所述第三纠偏电压；
增益调节电路，用于调节所述差分放大电路的增益值。
5.根据权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述温度转换电路包括电桥，所述电桥包括热敏电阻Rk、电阻R0及两个电阻R，所述电阻R0的电阻值与所述参考工作温度对应，且所述电阻R0的温度系数与所述热敏电阻Rk相同。
6.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述差分放大电路包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、两个第一电阻R1、两个第二电阻R2，所述第一运算放大器A1的同相输入端连接在所述电阻R0与所述电阻R之间，所述第一运算放大器A1的反相输入端与所述第一运算放大器A1的输出端连接，所述第二运算放大器A2的同相输入端连接在所述热敏电阻Rk与所述电阻R之间，所述第二运算放大器A2的反相输入端与所述第二运算放大器A2的输出端连接，所述第三运算放大器A3的反相输入端通过所述两个第一电阻R1中的一个第一电阻R1与所述第一运算放大器A1的输出端连接，所述第三运算放大器A3的同相输入端通过所述两个第一电阻R1中的另一个第一电阻R1与所述第二运算放大器A2的输出端连接，所述第三运算放大器A3的反向输入端还通过所述两个第二电阻R2中的一个第二电阻R2接地，所述第三运算放大器A3的同相输入端还通过所述两个第二电阻R2中的另一个第二电阻R2与所述第三运算放大器A3的输出端连接，所述第三运算放大器A3的输出端还与压电晶体驱动器电连接。
7.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述增益调节电路包括第三电阻R3、可变电阻器R4和第四运算放大器A4，所述第三电阻R3和所述可变电阻器R4串联，所述第三电阻R3和所述可变电阻器R4连接在与所述第三运算放大器A3的同相输入端连接的所述第二电阻R2和所述第三运算放大器A3的输出端之间，所述第四运算放大器A4的输出端和反向输入端分别连接在所述第三电阻R3的两端，所述第四运算放大器A4的同相输入端接地。
8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述压电晶体驱动器包括：
三个变容二极管和起振振子电路，所述三个变容二极管的输入端分别连接所述同步检测单元、所述同步检测单元和所述温度补偿单元的输出端，所述三个变容二极管的输出端同时连接所述压电晶体驱动器。
9.根据权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述压电晶体驱动器还包括恒温控制电路，所述恒温控制电路与所述起振振子电路电连接。
10.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括吸收室，所述吸收室设于所述激光管与所述分光片之间的光路上，所述吸收室用于从激光管输出的激光中选择设定频率的激光信号。

说明书全文

具有高稳定性的 激光器

技术领域

[0001] 本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种具有高稳定性的激光器。

背景技术

[0002] 半导体激光器是一种具有诸多优点的光源装置，如体积小、结构简单、单色性好、相干性好、工作电源电压低等，因而半导体激光器在通信、量子物理、印刷、机械、医疗等领域扮演着越来越重要的角色。特别是在量子物理等基础物理研究方面，半导体激光器更是发挥了不可或缺的重大作用。

[0003] 但是在量子物理领域，对半导体激光器输出信号的频率稳定性要求非常高，为了保证半导体激光器输出信号的频率稳定性，现有技术通常通过控制半导体激光器的工作条件来提高半导体激光器的频率稳定性，如控制半导体激光器的工作温度。

[0004] 但即使对半导体激光器的上述工作条件控制非常好，半导体激光器输出信号的频率稳定性仍然不太理想，达不到高端实验、科研等领域的应用要求。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种具有高稳定性的激光器。所述技术方案如下：

[0006] 本发明实施例提供了一种具有高稳定性的激光器，所述激光器包括：激光管、压电晶体驱动器、分光片、光开关、谐振腔、同步检测单元、低频调制器、干涉仪、数据处理单元和温度补偿单元；

[0007] 所述分光片设置在所述激光管的激光输出光路上，且所述分光片分所述激光管产生的激光得到两个光路分支，所述光开关、所述谐振腔和所述同步检测单元依次设置在所述两个光路分支中的一个光路分支上，所述干涉仪设置在所述两个光路分支中的另一个光路分支上；

[0008] 所述低频调制器，用于产生控制所述光开关的时序信号以及与所述时序信号同频同相的同步参考信号；

[0009] 所述同步检测单元，用于对经过所述谐振腔的光信号进行光电检测，得到光电检测信号；采用所述光电检测信号与所述同步参考信号进行同步鉴相，产生第一纠偏信号输出到所述压电晶体驱动器上；

[0010] 所述数据处理单元，用于根据所述干涉仪产生的检测信号产生第二纠偏信号，并将所述第二纠偏信号输出到所述压电晶体驱动器上；

[0011] 所述温度补偿单元，用于根据工作环境温度产生第三纠偏信号，并将所述第三纠偏信号输出到所述压电晶体驱动器上；

[0012] 所述压电晶体驱动器，用于在所述第一纠偏信号、所述第二纠偏信号和所述第三纠偏信号的作用下驱动所述激光管工作。

[0013] 在本发明实施例的一种实现方式，所述光开关为声光调制器。

[0014] 在本发明实施例的另一种实现方式，所述谐振腔包括装有87Rb原子的吸收泡。

[0015] 在本发明实施例的另一种实现方式，所述温度补偿单元包括：

[0016] 温度转换电路，用于将所述工作环境温度与参考工作温度的差值转换为电压差；

[0017] 差分放大电路，用于对所述电压差进行差分放大，得到所述第三纠偏电压；

[0018] 增益调节电路，用于调节所述差分放大电路的增益值。

[0019] 在本发明实施例的另一种实现方式，所述温度转换电路包括电桥，所述电桥包括热敏电阻Rk、电阻R0及两个电阻R，所述电阻R0的电阻值与所述参考工作温度对应，且所述电阻R0的温度系数与所述热敏电阻Rk相同。

[0020] 在本发明实施例的另一种实现方式，所述差分放大电路包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、两个第一电阻R1、两个第二电阻R2，所述第一运算放大器A1的同相输入端连接在所述电阻R0与所述电阻R之间，所述第一运算放大器A1的反相输入端与所述第一运算放大器A1的输出端连接，所述第二运算放大器A2的同相输入端连接在所述热敏电阻Rk与所述电阻R之间，所述第二运算放大器A2的反相输入端与所述第二运算放大器A2的输出端连接，所述第三运算放大器A3的反相输入端通过所述两个第一电阻R1中的一个第一电阻R1与所述第一运算放大器A1的输出端连接，所述第三运算放大器A3的同相输入端通过所述两个第一电阻R1中的另一个第一电阻R1与所述第二运算放大器A2的输出端连接，所述第三运算放大器A3的反向输入端还通过所述两个第二电阻R2中的一个第二电阻R2接地，所述第三运算放大器A3的同相输入端还通过所述两个第二电阻R2中的另一个第二电阻R2与所述第三运算放大器A3的输出端连接，所述第三运算放大器A3的输出端还与压电晶体驱动器电连接。

[0021] 在本发明实施例的另一种实现方式，所述增益调节电路包括第三电阻R3、可变电阻器R4和第四运算放大器A4，所述第三电阻R3和所述可变电阻器R4串联，所述第三电阻R3和所述可变电阻器R4连接在与所述第三运算放大器A3的同相输入端连接的所述第二电阻R2和所述第三运算放大器A3的输出端之间，所述第四运算放大器A4的输出端和反向输入端分别连接在所述第三电阻R3的两端，所述第四运算放大器A4的同相输入端接地。

[0022] 在本发明实施例的另一种实现方式，所述压电晶体驱动器包括：

[0023] 三个变容二极管和起振振子电路，所述三个变容二极管的输入端分别连接所述同步检测单元、所述同步检测单元和所述温度补偿单元的输出端，所述三个变容二极管的输出端同时连接所述压电晶体驱动器。

[0024] 在本发明实施例的另一种实现方式，所述压电晶体驱动器还包括恒温控制电路，所述恒温控制电路与所述起振振子电路电连接。

[0025] 在本发明实施例的另一种实现方式，所述激光器还包括吸收室，所述吸收室设于所述激光管与所述分光片之间的光路上，所述吸收室用于从激光管输出的激光中选择设定频率的激光信号。

[0026] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

[0027] 激光管输出的激光通过分光片分为两路，一路经由谐振腔和同步检测单元产生第一纠偏信号，另一路经由干涉仪和数据处理单元产生第二纠偏信号，再通过温度补偿单元根据温度产生第三纠偏信号，上述三个纠偏信号同时通过压电晶体驱动器作用在激光管上，以保证激光器输出信号的频率稳定性，具体地：第一纠偏信号根据谐振腔中的原子跃迁频率产生，因此可以保证激光器输出信号的短期稳定性，第二纠偏信号根据干涉仪的光频测量产生，可以保证激光器输出信号的长期稳定性，第三纠偏信号根据工作环境温度产生，保证了激光器输出信号的不受环境温度影响。附图说明

[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0029] 图1是本发明实施例提供的一种具有高稳定性的激光器的结构示意图；

[0030] 图2是本发明实施例提供的一种温度补偿单元的结构示意图；

[0031] 图3是本发明实施例提供的一种压电晶体驱动器的结构示意图。

具体实施方式

[0032] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0033] 图1是本发明实施例提供的一种具有高稳定性的激光器的结构示意图，参见图1，激光器包括：激光管10、压电晶体驱动器20、分光片30、光开关40、谐振腔50、同步检测单元60、低频调制器70、干涉仪80、数据处理单元90和温度补偿单元100；

[0034] 分光片30设置在激光管10的激光输出光路上，且分光片30分激光管10产生的激光得到两个光路分支，光开关40、谐振腔50和同步检测单元60依次设置在两个光路分支中的一个光路分支上，干涉仪80设置在两个光路分支中的另一个光路分支上；

[0035] 低频调制器70，用于产生控制光开关40的时序信号以及与时序信号同频同相的同步参考信号；

[0036] 同步检测单元60，用于对经过谐振腔50的光信号进行光电检测，得到光电检测信号；采用光电检测信号与同步参考信号进行同步鉴相，产生第一纠偏信号输出到压电晶体驱动器20上；

[0037] 数据处理单元90，用于根据干涉仪80产生的检测信号(直流电平信号)产生第二纠偏信号，并将第二纠偏信号输出到压电晶体驱动器20上；

[0038] 温度补偿单元100，用于根据工作环境温度产生第三纠偏信号，并将第三纠偏信号输出到压电晶体驱动器20上；

[0039] 压电晶体驱动器20，用于在第一纠偏信号、第二纠偏信号和第三纠偏信号的作用下驱动激光管10工作。

[0040] 低频调制器70同时与光开关40以及同步检测单元60电连接，数据处理单元90与干涉仪80电连接，压电晶体驱动器20同时与同步检测单元60、数据处理单元90以及温度补偿单元100电连接。

[0041] 在本实施例中，激光管输出的激光通过分光片分为两路，一路经由谐振腔和同步检测单元产生第一纠偏信号，另一路经由干涉仪和数据处理单元产生第二纠偏信号，再通过温度补偿单元根据温度产生第三纠偏信号，上述三个纠偏信号同时通过压电晶体驱动器作用在激光管上，以保证激光器输出信号的频率稳定性，具体地：第一纠偏信号根据谐振腔中的原子跃迁频率产生，因此可以保证激光器输出信号的短期稳定性，第二纠偏信号根据干涉仪的光频测量产生，可以保证激光器输出信号的长期稳定性，第三纠偏信号根据工作环境温度产生，保证了激光器输出信号的不受环境温度影响。

[0042] 可选地，光开关40为声光调制器。

[0043] 可选地，谐振腔50包括装有87Rb原子的吸收泡。

[0044] 图2是本发明实施例提供的一种温度补偿单元100的结构示意图，参见图2，温度补偿单元100包括：

[0045] 温度转换电路101，用于将工作环境温度与参考工作温度的差值转换为电压差；

[0046] 差分放大电路102用于对电压差进行差分放大，得到第三纠偏电压；

[0047] 增益调节电路103，用于调节差分放大电路102的增益值。

[0048] 差分放大电路102分别与温度转换电路101和所述增益调节电路103电连接。

[0049] 再次参见图2，温度转换电路101包括电桥，电桥包括热敏电阻Rk、电阻R0及两个电阻R，电阻R0的电阻值与参考工作温度对应，且电阻R0的温度系数与热敏电阻Rk相同。电阻R0的阻值表示的是参考工作温度。热敏电阻Rk可以贴于激光管10的表面，用以感知激光管10工作时的工作环境温度。故当激光管10的工作环境温度无变化时，图2中电桥处于平衡。激光管10的工作环境温度升高(降低)，则热敏电阻Rk的阻值将变小(变大)，那么电桥两端存在电压差，经过差分放大电路102和增益调节电路103即可产生纠偏电压。

[0050] 再次参见图2，差分放大电路102包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、两个第一电阻R1、两个第二电阻R2，第一运算放大器A1的同相输入端连接在电阻R0与电阻R之间，第一运算放大器A1的反相输入端与第一运算放大器A1的输出端连接，第二运算放大器A2的同相输入端连接在热敏电阻Rk与电阻R之间，第二运算放大器A2的反相输入端与第二运算放大器A2的输出端连接，第三运算放大器A3的反相输入端通过两个第一电阻R1中的一个第一电阻R1与第一运算放大器A1的输出端连接，第三运算放大器A3的同相输入端通过两个第一电阻R1中的另一个第一电阻R1与第二运算放大器A2的输出端连接，第三运算放大器A3的反向输入端还通过两个第二电阻R2中的一个第二电阻R2接地，第三运算放大器A3的同相输入端还通过两个第二电阻R2中的另一个第二电阻R2与第三运算放大器A3的输出端连接，第三运算放大器A3的输出端还与压电晶体驱动器20电连接。

[0051] 再次参见图2，增益调节电路103包括第三电阻R3、可变电阻器R4和第四运算放大器A4，第三电阻R3和可变电阻器R4串联，第三电阻R3和可变电阻器R4连接在与第三运算放大器A3的同相输入端连接的第二电阻R2和第三运算放大器A3的输出端之间，第四运算放大器A4的输出端和反向输入端分别连接在第三电阻R3的两端，第四运算放大器A4的同相输入端接地。

[0052] 图3是本发明实施例提供的一种压电晶体驱动器20的结构示意图，参见图3，压电晶体驱动器20包括：

[0053] 三个变容二极管(D1，D2和D3)和起振振子电路201，三个变容二极管的输入端分别连接同步检测单元60、同步检测单元60和温度补偿单元100的输出端，三个变容二极管的输出端同时连接压电晶体驱动器20。

[0054] 其中，变容二极管根据不同的输入电压输出不同电容值，从而微调起振振子电路的输出信号频率值。

[0055] 再次参见图3，压电晶体驱动器20还包括恒温控制电路202，恒温控制电路202与起振振子电路201电连接。优选地，恒温控制电路202可以通过温度补充单元100来实现，具体实现方式这里不做赘述。

[0056] 再次参见图1，激光器还包括吸收室110，吸收室110设于激光管10与分光片30之间的光路上，吸收室110用于从激光管输出的激光中选择设定频率的激光信号，以保证后续处理的精确度。

[0057] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

[0058] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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