一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统的制作方法

本发明涉及激光频率锁定，特别涉及一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统。

背景技术：

1、单频激光器具有很好的时间相干性，利用该激光器的激光输出能够产生稳定的干涉信号，可以广泛应用于各类精密测量领域。激光干涉的灵敏度极高，可以探测纳米甚至更小级别的振动。

2、现有技术中，单频激光器测量的动态范围往往受限，在超过半个波长的测量范围时，会出现距离模糊问题。为了解决测量时的距离模糊问题，可以采用另一波长的激光干涉做比对，以双波长激光干涉为例，两个激光的频差必须足够稳定，一般小于1mhz甚至更小的变动范围，才能获得满足应用需求的测量精度。当两个激光的频差较小，可以较为方便的直接采用混频和拍频控制的方式解决激光之间频率锁定的问题，两个激光的频差超过10ghz，基于二个激光直接混频的拍频控制无法解决激光之间频率锁定的问题，当其频差超过50ghz时，直接的混频控制基本上无法实现。存在不能够将多个频差单频激光器相互锁定，稳定性较差的问题。

3、例如，一种在中国专利文献上公开的“单频激光器和单频激光设备”，其公告号：cn115395363a，其申请日：2022年07月20日，该发明单频激光器包括单频种子源、第一放大单元、第二放大单元、第三放大单元、主放大单元以及控制单元。单频种子源用于生成连续单频种子信号；单频种子信号依次通过第一放大单元、第二放大单元、第三放大单元和主放大单元进行功率放大。其中，第二放大单元中第一声光调制器对输入的单频信号进行了波形预调制，抑制了高功率下脉冲放大时发生脉冲窄化的现象，保证了放大后脉冲的平均功率满足大多数场景下的应用需求，但是存在不能够将多个频差单频激光器相互锁定，稳定性较差的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术不能够将多个频差单频激光器相互锁定，稳定性较差的不足，本发明提出了一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，能够将多个频差单频激光器相互锁定，具有稳定性好和技术可行性高的特点。

2、以下是本发明的技术方案，一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，包括：单频激光器，单频激光器连接电光相位调制器和激光频率控制器，电光相位调制器连接射频调制器和环形器，环形器连接fp和光电探测器，光电探测器连接电子放大器，电子放大器连接乘法器，乘法器连接射频调制器和低通滤波器，低通滤波器连接激光频率控制器，若干个单频激光器分别通过各自的电光相位调制器后经过各自环形器再入射到同一个fp。

3、本方案中，单频激光器输出的激光经由射频调制器调制后的电光相位调制器后携带二个边频，边频由环形器入射到fp，反射光经由环形器入射到光电探测器，通过光电探测器转换为电信号，电信号通过电子放大器之后得到放大，放大后的电信号在乘法器与射频调制器的射频信号相乘得到输出信号，输出信号经由低通滤波器处理后得到的误差信号，该误差信号控制单频激光器的激光频率控制器，动态锁定在fp的峰位。能够将多个频差单频激光器相互锁定，具有稳定性好和技术可行性高的特点。

4、作为优选，环形器数量大于1时，环形器连接合束分束模块，合束分束模块连接fp。

5、本方案中，环形器数量大于1，例如两个环形器时，第一单频激光器通过第一电光相位调制器连接第一环形器，第二单频激光器通过第二电光相位调制器连接第二环形器，第一环形器和第二环形器连接于合束分束模块，合束分束模块连接于fp，从而实现二个单频激光器同时锁定于同一fp。能够将多个频差单频激光器相互锁定，具有稳定性好和技术可行性高的特点。

6、作为优选，合束分束模块包括激光波长合束器和激光波长分束器。

7、本方案中，合束分束模块包括激光波长合束器和激光波长分束器。激光波长合束器用于将多种波长的激光组合成一个光束输出，激光波长分束器用于将特定输入的激光束分成多个并行输出光束。能够对激光进行合束和分束。

8、作为优选，电光相位调制器设置有按时间规律变化的调制信号。

9、本方案中，每个电光相位调制器上加有特定按时间变化规律的调制信号，如高频的正弦变化信号等。能够周期性或规律性调制信号。

10、作为优选，调制信号频率范围在1mhz到1ghz之间。

11、本方案中，加载在电光相位调制器上的调制信号频率范围在1mhz到1ghz之间。便于控制调制信号频率范围，从而提高多个频差单频激光器相互锁定的稳定性。

12、作为优选，若干个单频激光器按照波长相对位置就近锁定于fp的不同的透射峰位。

13、本方案中，在将单频激光器与fp锁定时，单频激光器的频率位于低反射率谱线的极值位置。多个不同频率的激光器分别锁定于不同的峰位。将若干个单频激光器按照波长相对位置就近锁定于相应的fp透射峰位置。能够将多个频差单频激光器相互锁定，具有稳定性好和技术可行性高的特点。

14、作为优选，fp的二个反射面之间的间隔件由零温度膨胀或低温度膨胀材料构成。

15、本方案中，fp是一种空气间隙或者真空间隙的常规标准具，构成fp的二个反射面之间的间隔件由零温度膨胀或低温度膨胀材料构成。能够提高fp的稳定性。fp可以是自由空间结构，也可以在二侧配置光纤，方便应用于光纤激光器。减小fp的透射峰带宽，具有较高精细度，频率稳定性好。

16、作为优选，单频激光器为半导体激光器或者单频的光纤激光器。

17、作为优选，单频激光器与fp透射峰之间的频率差小于1khz。

18、本方案中，确定了调制信号频率范围为1mhz到1ghz，单频激光器与fp透射峰之间的频率差小于1khz。当两个激光的频差较小，可以直接采用混频和拍频控制的方式解决激光之间频率锁定的问题。具有技术可行性高的特点。

19、作为优选，单频激光器输出信号经过电光相位调制器调制后，输出信号包含二个频率不同的边频。

20、本方案中，采用电光相位调制器调制单频激光器，使单频激光器输出信号包含二个频率错开的边频，边频信号在fp的反射给出单频激光器频率与fp透射峰中心频率之间的差异值，据此控制单频激光器的频率，具有很高的频率锁定精度。

21、本发明的有益效果是：

22、1、采用高稳定fp作为频率基准，将多个单频激光器按照波长相对位置就近锁定于相应的fp透射峰位置，能将多个大频差的单频激光器之间的频率差相互锁定，频率差能够控制在1mhz之内，使之可以应用于多波长激光干涉仪等应用领域，解决单波长激光干涉仪动态范围受限的问题，技术可行性高；

23、2、构成fp的二个反射面之间的间隔件由零温度膨胀或低温度膨胀材料构成，减小fp的透射峰带宽，具有较高精细度，频率稳定性好；

24、3、采用电光相位调制器调制单频激光器，使单频激光器输出信号包含二个频率错开的边频，边频信号在fp的反射给出单频激光器频率与fp透射峰中心频率之间的差异值，据此控制单频激光器的频率，具有很高的频率锁定精度。

技术特征：

1.一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，其特征在于，包括：单频激光器，单频激光器连接电光相位调制器和激光频率控制器，电光相位调制器连接射频调制器和环形器，环形器连接fp和光电探测器，光电探测器连接电子放大器，电子放大器连接乘法器，乘法器连接射频调制器和低通滤波器，低通滤波器连接激光频率控制器，若干个单频激光器分别通过各自的电光相位调制器后经过各自环形器再入射到同一个fp。

2.根据权利要求1所述的一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，其特征在于，环形器数量大于1时，环形器连接合束分束模块，合束分束模块连接fp。

3.根据权利要求2所述的一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，其特征在于，合束分束模块包括激光波长合束器和激光波长分束器。

4.根据权利要求1所述的一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，其特征在于，电光相位调制器设置有按时间规律变化的调制信号。

5.根据权利要求1或4所述的一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，其特征在于，调制信号频率范围在1mhz到1ghz之间。

6.根据权利要求1所述的一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，其特征在于，若干个单频激光器按照波长相对位置就近锁定于fp的不同的透射峰位。

7.根据权利要求1或2所述的一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，其特征在于，fp的二个反射面之间的间隔件由零温度膨胀或低温度膨胀材料构成。

8.根据权利要求1所述的一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，其特征在于，单频激光器为半导体激光器或者单频的光纤激光器。

9.根据权利要求5所述的一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，其特征在于，单频激光器与fp透射峰之间的频率差小于1khz。

10.根据权利要求1所述的一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，其特征在于，单频激光器输出信号经过电光相位调制器调制后，输出信号包含二个频率不同的边频。

技术总结
本发明公开了一种多个单频激光器间锁定激光频差的激光频率锁定系统，包括：单频激光器，单频激光器连接电光相位调制器和激光频率控制器，电光相位调制器连接射频调制器和环形器，环形器连接FP和光电探测器，光电探测器连接电子放大器，电子放大器连接乘法器，乘法器连接射频调制器和低通滤波器，低通滤波器连接激光频率控制器，若干个单频激光器分别通过各自的电光相位调制器后经过各自环形器再入射到同一个FP。本发明的有益效果是：能够将多个频差单频激光器相互锁定，具有稳定性好和技术可行性高的特点。

技术研发人员：沈永行,孔德华,赵哲涛,鲍承远
受保护的技术使用者：航飞激器科技（杭州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13