专利名称：一种智能化激光锁定装置及锁定方法
技术领域：
本发明涉及激光稳频、稳功率技术领域，具体地指一种智能化激光锁定装置及锁定方法。
背景技术：
随着20世纪激光的发现，激光技术不断革新人们的生活。但由于工业、军事对仪器的性能以及可靠性要求不断提高，激光的频率和功率的稳定性以及精度的指标越来越重要。而目前激光器的稳频和稳功率电路都采用模拟电路，环路响应慢，且激光器稳频精度较低。特别是在重力梯度仪、激光原子钟等方面的应用中，由于激光器本身相应的频率、功率不稳定将会导致激光器光源本身输出参数稳定度不高，会严重影响整机的性能指标。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种环路响应快，激光器稳频、稳功率，精度高的智能化激光锁定装置及锁定方法。为实现此目的，本发明所设计的智能化激光锁定装置，包括激光器、与激光器的输出端连接的声光调制器、与声光调制器的输出端连接的物理鉴频系统，其特征在于:它还包括直接数字式频率合成器、第一光电探测器、处理器、模数转换器组、数模转换器和与处理器连接的计算机，其中，所述第一光电探测器的衍射光功率探测端连接声光调制器的输出端，第一光电探测器的信号输出端通过模数转换器组连接处理器，所述处理器的射频功率控制信号输出端连接直接数字式频率合成器的射频功率控制信号输入端，所述直接数字式频率合成器的射频功率驱动信号输出端连接声光调制器的晶体驱动端，所述处理器的数字电压信号输出端通过数模转换器连接激光器的电流反馈信号输入端。上述技术方案中，它还包括第二光电探测器，所述第二光电探测器的荧光功率探测端连接物理鉴频系统的跃迁辐射荧光输出端，所述第二光电探测器的信号输出端通过模数转换器组连接处理器，所述处理器的射频频率控制信号输出端连接直接数字式频率合成器的射频频率控制信号输入端，所述直接数字式频率合成器的射频频率驱动信号输出端连接声光调制器的晶体驱动端。所述处理器为ARM或FPGA或单片机。所述物理鉴频系统为原子共振跃迁吸收装置。一种利用上述智能化激光锁定装置的激光锁定方法，其特征在于，它包括如下步骤:步骤101:所述处理器输出一个固定频率的三角波；步骤102:数模转换器将上述固定频率的三角波转换为模拟信号后输入激光器，对激光器进行扫频，使激光器产生激光；步骤103:上述激光经过声光调制器进行衍射后获得激光探测信号进入物理鉴频系统，并使物理鉴频系统内的原子吸收跃迁辐射，释放跃迁辐射荧光；
步骤104:第二光电探测器探测到物理鉴频系统释放出的跃迁辐射荧光，并输出对应的突光模拟电压信号；步骤105:上述荧光模拟电压信号经过模数转换器组转换成数字信号后输送给处理器；步骤106:处理器捕获并记录荧光数字电压信号，即物理鉴频系统的原子的吸收跃迁曲线；激光器的每一个扫描频率实际对应一个处理器接收的电压值，经处理器比较找到物理鉴频系统的铷原子的吸收跃迁曲线的最高峰，即点(&，Utl),每一次扫频确定一峰值点(f0iJ UJ ;为了更精确的确定吸收峰，命令处理器对激光器扫频Ntl次，处理器根据如下公式对Ntl次扫描结果求平均值:
权利要求
1.一种智能化激光锁定装置，包括激光器、与激光器的输出端连接的声光调制器、与声光调制器的输出端连接的物理鉴频系统，其特征在于:它还包括直接数字式频率合成器、第一光电探测器、处理器、模数转换器组、数模转换器和与处理器连接的计算机，其中，所述第一光电探测器的衍射光功率探测端连接声光调制器的输出端，第一光电探测器的信号输出端通过模数转换器组连接处理器，所述处理器的射频功率控制信号输出端连接直接数字式频率合成器的射频功率控制信号输入端，所述直接数字式频率合成器的射频功率驱动信号输出端连接声光调制器的晶体驱动端，所述处理器的数字电压信号输出端通过数模转换器连接激光器的电流反馈信号输入端。
2.根据权利要求1所述的智能化激光锁定装置，其特征在于:它还包括第二光电探测器，所述第二光电探测器的荧光功率探测端连接物理鉴频系统的跃迁辐射荧光输出端，所述第二光电探测器的信号输出端通过模数转换器组连接处理器，所述处理器的射频频率控制信号输出端连接直接数字式频率合成器的射频频率控制信号输入端，所述直接数字式频率合成器的射频频率驱动信号输出端连接声光调制器的晶体驱动端。
3.根据权利要求1或2所述的智能化激光锁定装置，其特征在于:所述处理器为ARM或FPGA或单片机。
4.根据权利要求1或2所述的智能化激光锁定装置，其特征在于:所述物理鉴频系统为原子共振跃迁吸收装置。
5.一种利用权利要求2所述智能化激光锁定装置的激光锁定方法，其特征在于，它包括如下步骤: 步骤101:所述处理器输出一个固定频率的三角波； 步骤102:数模转换器将上述固定频率的三角波转换为模拟信号后输入激光器，对激光器进行扫频，使激光器产生激光； 步骤103:上述激光经过声光调制`器进行衍射后获得激光探测信号进入物理鉴频系统，并使物理鉴频系统内的原子吸`收跃迁辐射，释放跃迁辐射荧光； 步骤104:第二光电探测器探测到物理鉴频系统释放出的跃迁辐射荧光，并输出对应的突光模拟电压信号； 步骤105:上述荧光模拟电压信号经过模数转换器组转换成数字信号后输送给处理器； 步骤106:处理器捕获并记录荧光数字电压信号，即物理鉴频系统的原子的吸收跃迁曲线； 激光器的每一个扫描频率实际对应一个处理器接收的电压值，经处理器比较找到物理鉴频系统的铷原子的吸收跃迁曲线的最高峰，即点(4 ),每一次扫频确定一峰值点(fM，U0i);为了更精确的确定吸收峰，命令处理器对激光器扫频Ntl次，处理器根据如下公式对Ntl次扫描结果求平均值:
6.根据权利要求5所述的激光锁定方法，其特征在于:所述步骤204中当Ufi古Uf2时，处理器然后按以下关系分别向直接数字式频率合成器发送射频频率控制信号和/或向数模转换器发送激光器控制电压信号，从而使得激光探测信号频率稳定在原子吸收跃迁峰的中心:
7.根据权利要求5所述的激光锁定方法，其特征在于:它还包括如下步骤: 步骤301:第一光电探测器探测声光调制器衍射光的功率，由模数转换器组捕获第一光电探测器的探测信号电压UP，输入处理器； 步骤302:处理器向直接数字式频率合成器输入幅度控制信号即射频功率控制信号；步骤303:直接数字式频率合成器向声光调制器的晶体驱动端输送射频功率驱动信号，使得声光调制器的射频信号幅度随时间成三角波形式的变化，每一个声光调制器的射频信号的幅值I对应一个处理器从第一光电探测器捕获的功率探测信号Up ； 步骤304:声光调制器进行N1次扫描,而每一次扫描，同一个幅值射频信号Ii对应一个处理器从第一光电探测器捕获的功率探测信号Uai ； 步骤305:处理器将得到的射频信号幅值数据和功率探测信号数据传输给计算机，计算机对射频信号幅值数据和功率探测信号数据进行计算求平均，并得到处理器捕获的功率探测信号平均值与声光调制器的射频信号的幅值平均值的关系曲线； 步骤306:处理器对步骤305中得到的关系曲线进行函数拟合，得到如下函数 Up=G(Idds)(8) 式(8)中，GO是一种函数表示方法，代表Up随Idds变量变化的一种函数关系，Idds为声光调制器的射频信号的幅值；上述步骤实现了开环功率稳定工作。
8.根据权利要求7所述的激光锁定方法，其特征在于:所述步骤306后还包括如下步骤: 步骤401:声光调制器恒定输出幅值为的射频信号，此时处理器从第一光电探测器捕获的对应功率探测信号为巧.当外界原因导致激光探测信号功率发生变化，则处理器接收到的功率探测信号为Up1 ； 当由式⑶求得:
9.根据权利要求7所述的激光锁定方法，其特征在于:所述步骤305中，计算机对幅值射频信号数据和功率探测信号数据进行计算求平均的方法按如下公式进行:
10.根据权利要求8所述的激光锁定方法，其特征在于:步骤401中所述的外界原因为温度变化，或者整个系统由于外界震动导致激光探测信号功率发生变化。
全文摘要
本发明公开了一种智能化激光锁定装置，包括激光器、声光调制器、物理鉴频系统、直接数字式频率合成器、第一光电探测器、处理器、模数转换器组、数模转换器和计算机，第一光电探测器的衍射光功率探测端连接声光调制器的输出端，第一光电探测器的信号输出端通过模数转换器组连接处理器，处理器的射频功率控制信号输出端连接直接数字式频率合成器的射频功率控制信号输入端，直接数字式频率合成器的射频功率驱动信号输出端连接声光调制器的晶体驱动端，处理器的数字电压信号输出端通过数模转换器连接激光器的电流反馈信号输入端。本发明具有环路响应快，激光器稳频、稳功率精度高的特点。
文档编号H01S5/0683GK103178437SQ201310060720
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者涂娟, 仲嘉琪, 熊宗元, 宋宏伟, 王谨 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所