專利名稱：基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光穩(wěn)頻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光光源穩(wěn)頻技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光穩(wěn)頻裝置。
背景技術(shù)：
高穩(wěn)定、窄線寬、波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器在超精細(xì)光譜探測(cè)、計(jì)量、相干光通訊、密集波分復(fù)用和量子頻標(biāo)等領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用。自由運(yùn)轉(zhuǎn)的可調(diào)諧激光器受注入電流和工作溫度等因素影響，長(zhǎng)時(shí)間頻譜展寬和漂移可達(dá)上百M(fèi)Hz甚至數(shù)GHz，針對(duì)上述應(yīng)用必須采取主動(dòng)穩(wěn)頻措施。目前比較成熟的方法是基于氣體吸收光譜的直接吸收法激光穩(wěn)頻，即讓激光束穿過(guò)某些在光頻范圍內(nèi)具有顯著吸收峰的氣體，調(diào)整激光器的工作溫度和注入電流、使激光頻率在氣體吸收峰附近掃描，通過(guò)檢測(cè)激光透過(guò)率的變化，反饋控制激光出射光頻率始終處在氣體吸收頻率峰值點(diǎn)。該方法原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、頻率可溯源。但背景噪聲強(qiáng)，此外由于需要長(zhǎng)氣室，因此體積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。本發(fā)明提供了一種基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光器穩(wěn)頻裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光穩(wěn)頻裝置。其是采用石英音叉檢測(cè)激光與吸收氣體相互作用下產(chǎn)生的光聲光譜信號(hào)，通過(guò)反饋控制激光器的工作溫度和注入電流，將可調(diào)諧激光器的輸出頻率長(zhǎng)期穩(wěn)定在氣體吸收峰中心。能夠解決傳統(tǒng)直接吸收法氣體吸收光譜穩(wěn)頻技術(shù)中存在的背景噪聲強(qiáng)、體積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差等問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提一種基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光穩(wěn)頻裝置，包括一可調(diào)諧激光器；一調(diào)制電流源，其輸出端與可調(diào)諧激光器的輸入端連接；—溫度控制器，其輸出端與可調(diào)諧激光器的輸入端連接；—光纖稱合器，其輸入端與可調(diào)諧激光器的輸出端連接，該光纖稱合器包括兩個(gè)輸出端；一光纖聚焦透鏡，其輸入端與光纖耦合器的一輸出端連接，該光纖耦合器的另一輸出端用于穩(wěn)頻激光輸出；一密閉氣室，其一側(cè)壁安裝光纖聚焦透鏡，該光纖聚焦透鏡伸入到密閉氣室內(nèi)；一石英音叉，位于密閉氣室內(nèi)，該石英音叉包括兩個(gè)音叉臂和一輸出端；—前置放大器，其接收石英音叉輸出的信號(hào)；—相敏檢波器，其輸入端與前置放大器的輸出端連接；一控制箱，其輸入端與相敏檢波器的輸出端連接，該控制箱的兩個(gè)輸出端控制調(diào)制電流源和溫度控制器。
本發(fā)明的有益效果是基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光器穩(wěn)頻裝置不僅具有常規(guī)直接吸收法氣體吸收光譜穩(wěn)頻原理簡(jiǎn)單、頻率可溯源等優(yōu)點(diǎn)，還具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、背景噪聲小，精度高等優(yōu)勢(shì)。


為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，其中圖I是本發(fā)明“基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光穩(wěn)頻裝置”的結(jié)構(gòu)框圖。 圖2a是調(diào)制電流源輸出的電流波形示意圖。包含了直流分量I。和正弦分量Ia，正弦調(diào)制頻率為圖2b是可調(diào)諧激光器輸出光頻率示意圖。中心頻率為V，頻率峰值為V+，頻率谷值為V-，正弦調(diào)制頻率為圖3是光纖聚焦透鏡產(chǎn)生的激光聚焦光斑照射在石英音叉9的兩音叉臂的間隙示意圖。圖4是激光處于不同頻率時(shí)的相敏檢波穩(wěn)頻原理圖。圖4a是激光頻率低于氣體吸收峰中心頻率時(shí)的相敏檢波原理圖。圖4b是激光頻率等于氣體吸收峰中心頻率時(shí)的相敏檢波原理圖。圖4c是激光頻率高于氣體吸收峰中心頻率時(shí)的相敏檢波原理圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖I所示，本發(fā)明提供一種基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光穩(wěn)頻裝置，包括一可調(diào)諧激光器I，所述可調(diào)諧激光器I是通過(guò)改變工作溫度和注入電流控制其輸出光頻率；—調(diào)制電流源2，其輸出端與可調(diào)諧激光器I的輸入端連接；一溫度控制器3，其輸出端與可調(diào)諧激光器I的輸入端連接；—光纖稱合器4,其輸入端與可調(diào)諧激光器I的輸出端連接，該光纖稱合器4包括兩個(gè)輸出端5;—光纖聚焦透鏡6,其輸入端與光纖稱合器4的一輸出端5連接,該光纖稱合器4的另一輸出端5用于穩(wěn)頻激光輸出；一密閉氣室7，其一側(cè)壁安裝光纖聚焦透鏡6，該光纖聚焦透鏡6伸入到密閉氣室7內(nèi)；一吸收氣體8，充入密閉氣室7中，所述吸收氣體8在可調(diào)諧激光器I通過(guò)溫度和注入電流可調(diào)的輸出光頻率范圍內(nèi)，存在一根或多根吸收譜線；一石英音叉9，位于密閉氣室7內(nèi)，該石英音叉9包括兩個(gè)音叉臂91和一輸出端。光纖聚焦透鏡6輸出的光束聚焦在石英音叉9的兩個(gè)音叉臂91的間隙中，聚焦光束與吸收氣體8相互作用產(chǎn)生的氣體光聲光譜信號(hào)被石英音叉9所檢測(cè)；—前置放大器10,其接收石英音叉9輸出的信號(hào)；—相敏檢波器11，其輸入端與前置放大器10的輸出端連接；
—控制箱12,其輸入端與相敏檢波器11的輸出端連接,該控制箱12的兩個(gè)輸出端控制調(diào)制電流源2和溫度控制器3。請(qǐng)參閱圖2a所示,其是調(diào)制電流源2輸出的電流波形示意圖。調(diào)制電流源2輸出直流偏置為Itl,正弦調(diào)制幅度為Ia，正弦調(diào)制頻率為fo的電流驅(qū)動(dòng)可調(diào)諧激光器I發(fā)光。請(qǐng)參閱圖2b所示，其是可調(diào)諧激光器I輸出光頻率示意圖。在調(diào)制電流源2的電流驅(qū)動(dòng)下，可調(diào)諧激光器I的輸出光頻率以V為中心在V-和V+之間以頻率&周期擺動(dòng)，&與石英音叉9的共振頻率相等?？烧{(diào)諧激光器I的輸出光被光纖分束器4分成兩束,其中一束作為穩(wěn)頻激光輸出端5，另一束接光纖聚焦透鏡6引入充有吸收氣體8的封閉氣室7中。請(qǐng)參閱圖3所示，光纖聚焦透鏡6輸出光聚焦在石英音叉9的兩音叉臂91的間隙中間。 請(qǐng)參閱圖4a所示，其是激光頻率低于氣體吸收峰中心頻率時(shí)的相敏檢波原理圖。氣體吸收峰中心頻率為Vci，當(dāng)可調(diào)諧激光I輸出光中心頻率V小于氣體吸收峰頻率V。時(shí)，石英音叉9輸出頻率為&的正弦信號(hào)，相位較調(diào)制電流源2頻率為&的正弦調(diào)制電流相位反向，此時(shí)相位檢波器11輸出為負(fù)。請(qǐng)參閱圖4b所示，其是激光頻率等于氣體吸收峰中心頻率時(shí)的相敏檢波原理圖。可調(diào)諧激光I輸出光中心頻率V小于氣體吸收峰頻率Vtl時(shí)，石英音叉9輸出頻率為的正弦信號(hào)，此時(shí)相位檢波器11輸出為O。請(qǐng)參閱圖4c所示，其是激光頻率高于氣體吸收峰中心頻率時(shí)的相敏檢波原理圖?？烧{(diào)諧激光I輸出光中心頻率V小于氣體吸收峰頻率Vtl時(shí)，石英音叉9輸出頻率為fo的正弦信號(hào)，但相位較調(diào)制電流源2頻率為&的正弦調(diào)制電流相位同向，此時(shí)相位檢波器輸出11為正。相位檢波器11輸出信號(hào)進(jìn)入控制箱12，控制箱反饋調(diào)整調(diào)制電流源2的輸出直流偏置1(1，使相位檢波器11輸出信號(hào)在任何情況下始終為O,此時(shí)可調(diào)諧激光器I的輸出光頻率V等于氣體吸收峰中心頻率Vtl,實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧激光器I的輸出光穩(wěn)頻。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光穩(wěn)頻裝置，包括 一可調(diào)諧激光器； 一調(diào)制電流源，其輸出端與可調(diào)諧激光器的輸入端連接； 一溫度控制器，其輸出端與可調(diào)諧激光器的輸入端連接； 一光纖I禹合器，其輸入端與可調(diào)諧激光器的輸出端連接，該光纖I禹合器包括兩個(gè)輸出端; 一光纖聚焦透鏡，其輸入端與光纖I禹合器的一輸出端連接，該光纖I禹合器的另一輸出端用于穩(wěn)頻激光輸出； 一密閉氣室，其一側(cè)壁安裝光纖聚焦透鏡，該光纖聚焦透鏡伸入到密閉氣室內(nèi)； 一石英音叉，位于密閉氣室內(nèi)，該石英音叉包括兩個(gè)音叉臂和一輸出端； 一前置放大器，其接收石英音叉輸出的信號(hào)； 一相敏檢波器，其輸入端與前置放大器的輸出端連接； 一控制箱，其輸入端與相敏檢波器的輸出端連接，該控制箱的兩個(gè)輸出端控制調(diào)制電流源和溫度控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光器穩(wěn)頻裝置，其中可調(diào)諧激光器是通過(guò)改變工作溫度和注入電流控制其輸出光頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光穩(wěn)頻裝置，其中密閉氣室中填充有吸收氣體，該吸收氣體在可調(diào)諧激光器通過(guò)溫度和注入電流可調(diào)的輸出光頻率范圍內(nèi)，存在一根或多根吸收譜線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光器穩(wěn)頻裝置，其中光纖聚焦透鏡輸出的光束聚焦在石英音叉的兩個(gè)音叉臂的間隙中，聚焦光束與吸收氣體相互作用產(chǎn)生的氣體光聲光譜信號(hào)被石英音叉所檢測(cè)。
全文摘要
一種基于石英音叉增強(qiáng)氣體光聲光譜的可調(diào)諧激光穩(wěn)頻裝置，包括一可調(diào)諧激光器；一調(diào)制電流源，其輸出端與可調(diào)諧激光器的輸入端連接；一溫度控制器，其輸出端與可調(diào)諧激光器的輸入端連接；一光纖耦合器，其輸入端與可調(diào)諧激光器的輸出端連接；一密閉氣室，其一側(cè)壁安裝光纖聚焦透鏡，該光纖聚焦透鏡伸入到密閉氣室內(nèi)；一石英音叉，位于密閉氣室內(nèi)；一前置放大器，其接收石英音叉輸出的信號(hào)；一相敏檢波器，其輸入端與前置放大器的輸出端連接；一控制箱，其輸入端與相敏檢波器的輸出端連接，該控制箱的兩個(gè)輸出端控制調(diào)制電流源和溫度控制器。其能夠解決傳統(tǒng)直接吸收法氣體吸收光譜穩(wěn)頻技術(shù)中存在的背景噪聲強(qiáng)、體積大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差等問題。
文檔編號(hào)H01S3/13GK102684059SQ201210118668
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者王瑞, 祝寧華, 謝亮, 鞠煜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所