專利名稱:一種激光器的穩頻裝置及具有該裝置的激光器的制作方法
技術領域:
一種激光器的穩頻裝置及具有該裝置的激光器技術領域[0001]本實用新型涉及激光器技術領域,特別涉及一種激光器的穩頻裝置及具有該裝置的激光器。
背景技術:
[0002]激光器,是利用受激輻射原理使光在某些受激發的物質中放大或振蕩發射的器件。由于激光光束細小、方向性好、以及帶著巨大的功率,激光器廣泛運用于工業、農業、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫療、軍事等各方面。[0003]隨著激光器的應用范圍越來越廣泛,對激光器輸出頻率的穩定度要求越來越高。 現有技術提供了一種提高激光器輸出穩定度的裝置。該裝置包括熱沉、溫度控制器和觀測模塊。熱沉托住置于激光器中的激光增益介質,并與激光增益介質熱接觸;溫度控制器與熱沉熱接觸,間接調節激光增益介質的溫度;觀測模塊與溫度控制器連接,用于測量激光輸出頻率,并根據激光輸出頻率調整溫度控制器的溫度。[0004]在實現本實用新型的過程中,發明人發現現有技術至少存在以下問題[0005]激光器本身對激光增益介質的環境溫度有一定的精度限制,現有技術控制激光增益介質的溫度僅在一定精度的范圍內提高激光器輸出穩定度。針對激光器頻率穩定度精度要求很高的重力梯度儀等高精度設 備而言,現有技術無法滿足其高精度激光穩頻的要求。實用新型內容[0006]為了進一步提高激光器輸出頻率的穩定度,本實用新型實施例提供了一種激光器的穩頻裝置及具有該裝置的激光器。所述技術方案如下[0007]—種激光器的穩頻裝置及具有該裝置的激光器,所述裝置包括[0008]用于從所述激光器的激光光束中選擇出預定頻率的激光信號的第一吸收室、用于對所述第一吸收室選擇出的激光信號進行低頻調制的頻率調制模塊、用于從調制后的激光信號選擇出所述預定頻率的激光信號的第二吸收室、用于探測所述第二吸收室選擇出的激光信號強度并輸出第一光檢信號的第一光電檢測模塊、用于根據所述第一光檢信號與預定信號之間的差值輸出第一糾偏電壓的第一伺服模塊、以及用于根據所述第一糾偏電壓調整所述激光光束的頻率的壓電晶體驅動器。[0009]其中,所述裝置還包括[0010]用于供所述激光光束通過的第一無源腔、用于探測透過所述第一無源腔的激光光束的強度并輸出第二光檢信號的第二光電檢測模塊、用于探測所述激光器的激光光束的強度并輸出第三光檢信號的第三光電檢測模塊、以及用于根據所述第二光檢信號和所述第三光檢信號之間的差值產生第二糾偏電壓并將所述第二糾偏電壓作用于所述壓電晶體驅動器的第二伺服模塊。[0011]進一步地,所述第二伺服模塊包括[0012]用于產生預設的調節電平的電平產生單元;及[0013]用于對所述第二光檢信號和所述第三光檢信號之間的差值實施差分放大,并采用所述調節電平對差分放大后的差值進行補償,以輸出所述第二糾偏電壓的運算放大器。[0014]其中,所述裝置還包括[0015]用于供所述激光光束通過的第二無源腔、用于探測透過所述第二無源腔的激光光束的強度并輸出第四光檢信號的第四光電檢測模塊、用于產生同步參考信號和調制信號的調制信號發生器和用于采用所述同步參考信號對所述第四光檢信號進行相位檢測的相檢波模塊;所述相檢波模塊分別與所述第四光電檢測模塊和所述壓電晶體驅動器電連接;所述調制信號發生器分別與所述相檢波模塊和所述壓電晶體驅動器電連接。[0016]進一步地,所述裝置還包括[0017]用于將所述調制信號發生器輸出的調制信號先進行三分頻再施加于所述壓電晶體驅動器分頻器;所述分頻器連接在所述調制信號發生器和所述壓電晶體驅動器之間。[0018]具體地,所述第一光電檢測模塊為光電倍增管。[0019]一種激光器,所述激光器包括產生并輸出激光光束的激光管和前述的裝置。[0020]本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是通過第一吸收室從所述激光光束中選擇出預定頻 率的激光信號,通過第二吸收室從調制后的第一吸收室選擇出的激光信號再次選擇出預定頻率的激光信號;經過兩次吸收過濾使得過濾出的預定頻率的激光信號較為準確,精度較高;第一光電檢測模塊探測第二吸收室選擇出的激光信號強度并輸出第一光檢信號,第一伺服模塊根據第一光檢信號與預定信號之間的差值輸出第一糾偏電壓,壓電晶體驅動器根據第一糾偏電壓調整激光器輸出激光的頻率;能夠主動基于激光器外圍電路對激光器進行頻率的穩定,不受激光器本身的精度限制,提高了激光器的輸出頻率穩定度,滿足高精度設備的需求。
[0021]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,對于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。[0022]圖1是本實用新型實施例1中提供的一種激光器的穩頻裝置的示意圖;[0023]圖2是本實用新型實施例1中提供的一種激光器的穩頻裝置的示意圖;[0024]圖3是本實用新型實施例1中提供的激光管輸出信號的頻率與第二糾偏電壓的關系不意圖;[0025]圖4是本實用新型實施例1中提供的一種激光器的穩頻裝置的示意圖。
具體實施方式
[0026]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。[0027]實施例1[0028]參見圖1,本實用新型實施例1提供了一種激光器的穩頻裝置。該激光器包括產生并輸出激光光束的激光管I。其中,該裝置包括[0029]用于從激光器的激光光束中選擇出預定頻率的激光信號的第一吸收室2、用于對第一吸收室2選擇出的激光信號進行低頻調制的頻率調制模塊3、用于從調制后的激光信號選擇出預定頻率的激光信號的第二吸收室4、用于探測第二吸收室4選擇出的激光信號強度并輸出第一光檢信號的第一光電檢測模塊5、用于根據第一光檢信號與預定信號之間的差值輸出第一糾偏電壓的第一伺服模塊6、以及用于根據第一糾偏電壓調整該激光光束的頻率的壓電晶體驅動器7。[0030]具體地,激光管I為傳統意義上的激光光源,用以產生激光光束。一般地,激光管I 包括用于在激勵作用下實現粒子數反轉以產生激光輸出的激光增益介質、用于提供產生激勵作用的能量的泵浦源和用于放大或振蕩激光以控制激光輸出方向與頻率的腔鏡。此為現有技術,不再詳述。[0031]其中,第一吸收室2內充有氣體,以對激光器輸出的激光光束進行過濾,輸出預定頻率的激光信號。該預定頻率為該氣體原子的吸收中心頻率。具體地,當激光光束射入第一吸收室2內時,一·方面,光束中頻率不等于第一吸收室2內原子吸收中心頻率的光,將被第一吸收室2吸收;另一方面,光束中頻率等于第一吸收室2內原子吸收中心頻率的光,將通過第一吸收室2,幾乎不被吸收。這樣,通過第一吸收室2,能夠過濾掉激光光束中不需要的激光頻率信號,而選出所需的激光頻率信號。[0032]其中,頻率調制模塊3用于產生一個低頻調制信號至第一吸收室2選出的激光頻率信號,以實現對第一吸收室2選出的激光頻率信號進行相應的低頻調制。[0033]其中,第二吸收室4與第一吸收室2工作原理相同,不再詳述。[0034]其中,第一光電檢測模塊5可以為光電倍增管。[0035]其中,第一伺服模塊6采用現有激光鑒頻技術。通過第一伺服模塊6,可以得到激光管I輸出激光頻率與用戶所需頻率(前述預定信號的頻率)之間的差別;如果激光頻率偏小則第一伺服模塊6得到正第一糾偏電壓;反之,如果激光頻率偏大則相反。[0036]可選地,第一伺服模塊6還用于,根據第一光檢信號的頻率設置頻率調制模塊3產生的低頻信號的頻率。[0037]其中,壓電晶體驅動器7可以是安裝在激光管I中腔鏡上的壓電陶瓷片。由于它的電致伸縮特性,當在其被施加第一伺服模塊6輸出的不同糾偏電壓時,會使激光管I中的腔長發生改變,從而引起激光光束輸出頻率的變化,最終實現激光管I輸出頻率信號的穩定。[0038]進一步地,參見圖2,該裝置還包括[0039]用于供激光光束通過的第一無源腔8、用于探測透過第一無源腔8的激光光束的強度并輸出第二光檢信號的第二光電檢測模塊9、用于探測激光管I產生的激光光束的強度并輸出第三光檢信號的第三光電檢測模塊10、以及用于根據所述第二光檢信號和所述第三光檢信號之間的差值產生第二糾偏電壓并將第二糾偏電壓作用于壓電晶體驅動器7的第二伺服模塊11。[0040]具體地,第一無源腔8為一個金屬螺旋腔體,其工作原理同第一吸收室2,用于對射入的激光光束進行選頻輸出。假設激光管I輸出的激光光束頻率為f’ ;第一無源腔8的中心頻率為f ;則第一無源腔8將射入其中的頻率符合f的激光信號輸出。[0041]具體地,激光管I發出的激光光束透過第一無源腔8后,第二光電檢測模塊9探測該透過第一無源腔8的激光的強度并輸出第二光檢信號。[0042]具體地,第三光電檢測模塊10用于探測激光管I輸出的激光光束的強度并輸出第三光檢信號。其中,第二光電檢測模塊9和第三光電檢測模塊10均可以采用光電倍增管。[0043]具體地,其中,第二伺服模塊11分別與第二光電檢測模塊9、第三光電檢測模塊10 和壓電晶體驅動器7電連接。第二伺服模塊11采用現有激光鑒頻技術,用于對第二光檢信號和第三光檢信號進行頻率鑒頻(比較f’與f的大小),并輸出預設的調節電平補償后的正或負的第二糾偏電壓到壓電晶體驅動器7。值得說明的是,第二伺服模塊11與第一伺服模塊6可為同一部件。[0044]進一步地,該第二伺服模塊11包括運算放大器Ila和電平產生單元lib。[0045]具體地,現有的伺服模塊采用運算放大器11a,對第二光檢信號和第三光檢信號實施差分放大,并根 據差分放大后的差值產生第二糾偏電壓。本實用新型實施例1中的第二伺服模塊11采用電平產生單元Iib產生預設的調節電平對差分放大后的差值進行補償;運算放大器Ila再根據補償后的差值產生第二糾偏電壓。[0046]具體地,參見圖3,橫坐標為激光管I輸出激光信號的頻率;縱坐標為第二伺服模塊11輸出的第二糾偏電壓。在本實用新型實施例1中,通過選擇合適的調節電平,可以將該激光管I輸出的頻率信號鎖定在第一無源腔8的腔諧振頻率曲線的斜率最大值(如圖3 中fk所示)處。也就是說,當激光管I輸出的信號頻率f ’ =fk時,運算放大器Ila輸出的第二糾偏電壓為0,而當激光管I輸出的信號頻率f’ >fk (f’〈fk)時,第二糾偏電壓為一反向的負(正)值直流電平,最終將激光管I輸出頻率鎖定在f’ =fk。由于該斜率最大值fk 遠離第一無源腔的中心頻率,該處離中心頻率較遠,頻率單一性好,所以將激光管I輸出頻率鎖定在f’ =fk處,可以進一步提高激光管I的輸出信號頻率的穩定度。[0047]值得說明的是,電平產生單元Ilb產生的預設的調節電平的大小由f與第二糾偏電壓之間的大小關系決定。現有激光鑒頻技術中,當激光頻率對準第一無源腔8中心頻率時,經伺服電路后將獲得O電平,不會引起壓電晶體驅動器7變化。本實用新型實施例1中引入的調節電平由一個A/D產生,當激光頻率對準第一無源腔8譜線斜率最大值點時,經第二伺服模塊11后將獲得一個不為O的電平,此時第二伺服模塊11中加入一個高速運算放大器Ila工作于差分模式,用剛才A/D產生的直流電平與伺服電路產生的不為O電平進行補償,從而最終使第二伺服模塊11輸出為O電平。顯然當激光頻率位于第一無源腔8中心頻率時,伺服電路輸出為0,而本實用新型實施例1中第二伺服模塊11輸出并不為O。[0048]更進一步地,參見圖4,該裝置還包括[0049]用于供激光光束通過的第二無源腔12、用于探測透過第二無源腔12的激光光束的強度并輸出第四光檢信號的第四光電檢測模塊13、用于產生同步參考信號和調制信號的調制信號發生器14和用于采用同步參考信號對第四光檢信號進行相位檢測的相檢波模塊 15。其中,相檢波模塊15分別與第四光電檢測模塊13和壓電晶體驅動器7電連接;調制信號發生器14分別與相檢波模塊15和壓電晶體驅動器7電連接。[0050]具體地,第二無源腔12和第四光電檢測模塊13分別同第一無源腔8和第二光電檢測模塊9,在此不再詳述。值得說明的是,第一無源腔8與第二無源腔12可以為同一部件;第二光電檢測模塊9和第四光電檢測模塊13可以為同一部件。[0051]具體地,調制信號發生器14用于產生低頻信號分別至相檢波模塊15和壓電晶體驅動器7。[0052]具體地,相檢波模塊15為一個相位檢測裝置,用于將調制信號發生器14產生的低頻信號作為同步參考信號,將第二光檢信號作為鑒相信號,分別對兩者進行相位檢測,并輸出第三糾偏電壓至壓電晶體驅動器7。從而引起激光管I的輸出頻率的變化,提高激光管I 的輸出信號頻率的長期穩定度。[0053]其中,該裝置還包括分頻器16,該分頻器16連接在調制信號發生器14和壓電晶體驅動器7之間,用于將調制信號發生器14輸出的調制信號先進行三分頻,再施加于壓電晶體驅動器7。考慮到激光系統本身譜線中心點存在頻率不單一的情況,加入了分頻器16對輸入壓電晶體驅動器7的調制信號進行三分頻,這樣可以很好的消除激光本底的影響。[0054]本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是通過第一吸收室從所述激光光束中選擇出預定頻率的激光信號,通過第二吸收室從調制后的第一吸收室選擇出的激光信號再次選擇出預定頻率的激光信號;經過兩次吸收過濾使得過濾出的預定頻率的激光信號較為準確,精度較高;第一光電檢測模塊探測第二吸收室選擇出的激光信號強度并輸出第一光檢信號,第一伺服模塊根據第一光檢信號與預定信號之間的差值輸出第一糾偏電壓,壓電晶體驅動器根據第一糾偏電壓調整激光器輸出激光的頻率;能夠主動基于激光器外圍電路對激光器進行頻率的穩定,不受激光器本身的精度限制,提高了激光器的輸出頻率穩定度,滿足高精度設備的需求。[0055]實施例2本實用新型實施例2提供了一種激光器,該激光器包括產生并輸出激光光束的激光管1,該激光器還包括本實用新型實施例1中描述的激光器的穩頻裝置。[0057]本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是通過第一吸收室從所述激光光束中選擇出預定頻率的激光信號,通過第二吸收室從調制后的第一吸收室選擇出的激光信號再次選擇出預定頻率的激光信號;經過兩次吸收過濾使得過濾出的預定頻率的激光信號較為準確,精度較高;第一光電檢測模塊探測第二吸收室選擇出的激光信號強度并輸出第一光檢信號,第一伺服模塊根據第一光檢信號與預定信號之間的差值輸出第一糾偏電壓,壓電晶體驅動器根據第一糾偏電壓調整激光器輸出激光的頻率;能夠主動基于激光器外圍電路對激光器進行頻率的穩定,不受激光器本身的精度限制,提高了激光器的輸出頻率穩定度,滿足高精度設備的需求。[0058]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例,并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范圍之內。
權利要求1.一種激光器的穩頻裝置,其特征在于,所述裝置包括 用于從激光器的激光光束中選擇出預定頻率的激光信號的第一吸收室、用于對所述第一吸收室選擇出的激光信號進行低頻調制的頻率調制模塊、用于從調制后的激光信號選擇出所述預定頻率的激光信號的第二吸收室、用于探測所述第二吸收室選擇出的激光信號強度并輸出第一光檢信號的第一光電檢測模塊、用于根據所述第一光檢信號與預定信號之間的差值輸出第一糾偏電壓的第一伺服模塊、以及用于根據所述第一糾偏電壓調整所述激光光束的頻率的壓電晶體驅動器。
2.根據權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述裝置還包括 用于供所述激光光束通過的第一無源腔、用于探測透過所述第一無源腔的激光光束的強度并輸出第二光檢信號的第二光電檢測模塊、用于探測所述激光器的激光光束的強度并輸出第三光檢信號的第三光電檢測模塊、以及用于根據所述第二光檢信號和所述第三光檢信號之間的差值產生第二糾偏電壓并將所述第二糾偏電壓作用于所述壓電晶體驅動器的第二伺服模塊。
3.根據權利要求2所述的裝置,其特征在于,所述第二伺服模塊包括 用于產生預設的調節電平的電平產生單元;及 用于對所述第二光檢信號和所述第三光檢信號之間的差值實施差分放大,并采用所述調節電平對差分放大后的差值進行補償,以輸出所述第二糾偏電壓的運算放大器。
4.根據權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述裝置還包括 用于供所述激光光束通過的第二無源腔、用于探測透過所述第二無源腔的激光光束的強度并輸出第四光檢信號的第四光電檢測模塊、用于產生同步參考信號和調制信號的調制信號發生器和用于采用所述同步參考信號對所述第四光檢信號進行相位檢測的相檢波模塊;所述相檢波模塊分別與所述第四光電檢測模塊和所述壓電晶體驅動器電連接;所述調制信號發生器分別與所述相檢波模塊和所述壓電晶體驅動器電連接。
5.根據權利要求4所述的裝置,其特征在于,所述裝置還包括 用于將所述調制信號發生器輸出的調制信號先進行三分頻再施加于所述壓電晶體驅動器分頻器;所述分頻器連接在所述調制信號發生器和所述壓電晶體驅動器之間。
6.根據權利要求1所述的裝置,其特征在于,所述第一光電檢測模塊為光電倍增管。
7.一種激光器,所述激光器包括產生并輸出激光光束的激光管,其特征在于,所述激光器還包括如權利要求1 6任一項所述的裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種激光器的穩頻裝置及具有該裝置的激光器,屬于激光器技術領域。該裝置用于從激光器的激光光束中選擇出預定頻率的激光信號的第一吸收室、用于對所述第一吸收室選擇出的激光信號進行低頻調制的頻率調制模塊、用于從調制后的激光信號選擇出所述預定頻率的激光信號的第二吸收室、用于探測所述第二吸收室選擇出的激光信號強度并輸出第一光檢信號的第一光電檢測模塊、用于根據所述第一光檢信號與預定信號之間的差值輸出第一糾偏電壓的第一伺服模塊、以及用于根據所述第一糾偏電壓調整所述激光光束的頻率的壓電晶體驅動器。本實用新型提高了激光器輸出頻率的穩定度。
文檔編號H01S3/137GK202840235SQ20122035750
公開日2013年3月27日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者詹志明, 雷海東 申請人:江漢大學