本發(fā)明涉及光學(xué)激光穩(wěn)頻，更具體地，涉及一種激光穩(wěn)頻裝置、方法及多級(jí)激光穩(wěn)頻裝置。

背景技術(shù)：

1、超穩(wěn)激光指光學(xué)頻率穩(wěn)定度極高的激光，在光鐘、時(shí)頻傳遞、引力波探測(cè)、激光測(cè)距、光纖傳感等精密測(cè)量領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。制備超穩(wěn)激光的方法目前主要利用pound-drever-hall(pdh)穩(wěn)頻技術(shù)，將激光器鎖定到超穩(wěn)光學(xué)參考腔上。最終輸出激光頻率的穩(wěn)定性受光學(xué)參考腔工作環(huán)境因素以及穩(wěn)頻環(huán)路噪聲影響。同時(shí)光學(xué)參考腔頻率穩(wěn)定度還存在理論極限，取決于參考腔材料中原子分子布朗運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的熱噪聲水平。相應(yīng)穩(wěn)頻激光頻率穩(wěn)定度因此也受限于光學(xué)參考腔熱噪聲極限。因此，為獲得高頻率穩(wěn)定度水平的超穩(wěn)激光，需要對(duì)光學(xué)參考腔噪聲和環(huán)路噪聲進(jìn)行抑制。

2、為制備低噪聲水平的光學(xué)參考腔，需要選用熱膨脹系數(shù)極低的材料，盡可能長(zhǎng)的腔長(zhǎng)，同時(shí)控制光學(xué)參考腔的溫度、真空、振動(dòng)等環(huán)境因素穩(wěn)定度。對(duì)此需要配置高精度溫控系統(tǒng)、超高真空系統(tǒng)、主被動(dòng)隔振裝置等，同時(shí)還需要對(duì)超穩(wěn)激光整體工作環(huán)境的溫度波動(dòng)、地面振動(dòng)水平進(jìn)行控制。同時(shí)為降低環(huán)路噪聲，必須選用窄線寬激光器、低噪聲水平光電探測(cè)器和電子學(xué)伺服系統(tǒng)，同時(shí)光學(xué)參考腔還需要盡可能高的精細(xì)度，對(duì)應(yīng)腔鏡鍍膜反射率需達(dá)到99.999%左右。

3、可見，為制備高光學(xué)頻率穩(wěn)定度的超穩(wěn)激光，對(duì)環(huán)境、元器件、伺服反饋系統(tǒng)的要求都極高。整體系統(tǒng)極其復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度很大，同時(shí)費(fèi)用高昂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種激光穩(wěn)頻裝置、方法及多級(jí)激光穩(wěn)頻裝置。

2、本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種激光穩(wěn)頻裝置，包括：和頻組件、檢測(cè)組件和穩(wěn)頻組件；上述和頻組件用于對(duì)獲取的第一激光和第二激光進(jìn)行和頻操作，得到和頻后激光；上述第一激光的頻率穩(wěn)定度和上述第二激光的頻率穩(wěn)定度滿足預(yù)設(shè)頻率穩(wěn)定度閾值范圍；上述檢測(cè)組件設(shè)置在上述和頻后激光的光路上；上述檢測(cè)組件用于根據(jù)上述和頻后激光的中心頻率與獲取的參照激光的中心頻率之間的差值，確定移頻量；上述穩(wěn)頻組件與上述檢測(cè)組件連接；上述穩(wěn)頻組件用于根據(jù)上述移頻量對(duì)待穩(wěn)頻激光的中心頻率進(jìn)行調(diào)整，得到目標(biāo)激光。

3、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述穩(wěn)頻組件包括頻率調(diào)制器和第一分束器；上述頻率調(diào)制器與上述檢測(cè)組件連接并且設(shè)置在上述待穩(wěn)頻激光的光路上；上述頻率調(diào)制器用于根據(jù)上述移頻量對(duì)上述待穩(wěn)頻激光的中心頻率進(jìn)行調(diào)整，得到調(diào)整后待穩(wěn)頻激光；上述第一分束器設(shè)置在上述調(diào)整后待穩(wěn)頻激光的光路上；上述第一分束器用于將上述調(diào)整后待穩(wěn)頻激光分為第一分束激光和第二分束激光，并當(dāng)上述第一分束激光的中心頻率的兩倍等于上述和頻后激光的中心頻率與上述移頻量之和時(shí)，確定上述第一分束激光為上述目標(biāo)激光。

4、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述裝置還包括第一光學(xué)和頻器和第二分束器；上述第一光學(xué)和頻器設(shè)置在上述第二分束激光的光路上；上述第一光學(xué)和頻器用于將上述第二分束激光進(jìn)行倍頻操作，得到倍頻后待穩(wěn)頻激光，并將上述倍頻后待穩(wěn)頻激光作為上述參照激光；上述第二分束器設(shè)置在上述參照激光和上述和頻后激光的光路上；上述第二分束器用于將上述參照激光和上述和頻后激光進(jìn)行合束，得到合束后激光。

5、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述檢測(cè)組件包括光電探測(cè)器和鎖相器；上述光電探測(cè)器設(shè)置在上述合束后激光的光路上；上述光電探測(cè)器用于采集上述合束后激光并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；上述鎖相器與上述光電探測(cè)器電連接；上述鎖相器用于根據(jù)上述電信號(hào)確定上述參照激光的中心頻率和上述和頻后激光的中心頻率之間的差值。

6、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述檢測(cè)組件還包括帶通濾波片；上述帶通濾波片設(shè)置在上述光電探測(cè)器的入射端口；上述合束后激光經(jīng)過上述帶通濾波片入射至上述光電探測(cè)器。

7、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述和頻組件包括第三分束器和第二光學(xué)和頻器；上述第三分束器設(shè)置在上述第一激光和上述第二激光的光路上；上述第三分束器用于將上述第一激光和上述第二激光進(jìn)行合束操作，得到第一合束激光；上述第二光學(xué)和頻器設(shè)置在上述第一合束激光的光路上；上述第二光學(xué)和頻器用于將上述第一合束激光進(jìn)行和頻操作，得到上述和頻后激光。

8、本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種激光穩(wěn)頻方法，包括：對(duì)獲取的第一激光和第二激光進(jìn)行和頻操作，得到和頻后激光；上述第一激光的頻率穩(wěn)定度和上述第二激光的頻率穩(wěn)定度滿足預(yù)設(shè)頻率穩(wěn)定度閾值范圍；根據(jù)上述和頻后激光的中心頻率與獲取的參照激光的中心頻率之間的差值，確定移頻量；根據(jù)上述移頻量對(duì)待穩(wěn)頻激光的中心頻率進(jìn)行調(diào)整，得到目標(biāo)激光。

9、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述根據(jù)上述移頻量對(duì)待穩(wěn)頻激光的中心頻率進(jìn)行調(diào)整，得到目標(biāo)激光，包括：根據(jù)上述移頻量，對(duì)上述待穩(wěn)頻激光的中心頻率進(jìn)行調(diào)整，得到調(diào)整后待穩(wěn)頻激光；將上述調(diào)整后的待穩(wěn)頻激光分束，得到第一分束激光和第二分束激光；當(dāng)上述第一分束激光的中心頻率的兩倍等于上述和頻后激光的中心頻率與上述移頻量之和時(shí)，確定上述第一分束激光為上述目標(biāo)激光。

10、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述方法還包括：將上述調(diào)整后待穩(wěn)頻激光倍頻，并將倍頻后待穩(wěn)頻激光作為參照激光。

11、本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種多級(jí)激光穩(wěn)頻裝置，包括：級(jí)聯(lián)的n個(gè)上述的激光穩(wěn)頻裝置；n為大于等于2的正整數(shù)。

12、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，利用和頻組件將第一激光和第二激光進(jìn)行和頻操作，利用檢測(cè)組件確定和頻后激光的中心頻率與參照激光的中心頻率之間的差值，從而得到移頻量，最后利用穩(wěn)頻組件根據(jù)移頻量對(duì)待穩(wěn)頻激光的中心頻率進(jìn)行調(diào)整，得到目標(biāo)激光，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中為制備高光學(xué)頻率穩(wěn)定度的超穩(wěn)激光，對(duì)環(huán)境、元器件、伺服反饋系統(tǒng)的極高要求的技術(shù)問題，本發(fā)明利用頻率穩(wěn)定度滿足預(yù)設(shè)頻率穩(wěn)定度閾值范圍的第一激光和第二激光，通過和頻組件、檢測(cè)組件和穩(wěn)頻組件得到頻率穩(wěn)定度較高的目標(biāo)激光，降低了目標(biāo)激光對(duì)制備條件的要求，并提升待穩(wěn)頻激光的頻率穩(wěn)定度。

技術(shù)特征：

1.一種激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，所述激光穩(wěn)頻裝置包括和頻組件、檢測(cè)組件和穩(wěn)頻組件；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，所述穩(wěn)頻組件包括頻率調(diào)制器和第一分束器；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，所述裝置還包括第一光學(xué)和頻器和第二分束器；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，所述檢測(cè)組件包括光電探測(cè)器和鎖相器；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，所述檢測(cè)組件還包括帶通濾波片；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，所述和頻組件包括第三分束器和第二光學(xué)和頻器；

7.一種激光穩(wěn)頻方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光穩(wěn)頻方法，其特征在于，所述根據(jù)所述移頻量對(duì)待穩(wěn)頻激光的中心頻率進(jìn)行調(diào)整，得到目標(biāo)激光，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光穩(wěn)頻方法，其特征在于，所述方法還包括：

10.一種多級(jí)激光穩(wěn)頻裝置，其特征在于，所述多級(jí)激光穩(wěn)頻裝置包括級(jí)聯(lián)的n個(gè)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的激光穩(wěn)頻裝置；n為大于等于2的正整數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種激光穩(wěn)頻裝置、方法及多級(jí)激光穩(wěn)頻裝置，涉及光學(xué)激光穩(wěn)頻技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括和頻組件、檢測(cè)組件和穩(wěn)頻組件；和頻組件用于對(duì)獲取的第一激光和第二激光進(jìn)行和頻操作，得到和頻后激光；第一激光的頻率穩(wěn)定度和第二激光的頻率穩(wěn)定度滿足預(yù)設(shè)頻率穩(wěn)定度閾值范圍；檢測(cè)組件設(shè)置在和頻后激光的光路上；檢測(cè)組件用于根據(jù)和頻后激光的中心頻率與獲取的參照激光的中心頻率之間的差值，確定移頻量；穩(wěn)頻組件與檢測(cè)組件連接；穩(wěn)頻組件用于根據(jù)移頻量對(duì)待穩(wěn)頻激光的中心頻率進(jìn)行調(diào)整，得到目標(biāo)激光。本發(fā)明降低了目標(biāo)激光對(duì)制備條件的要求，能夠基于頻率穩(wěn)定度水平較低的激光光源，提升待穩(wěn)頻激光的頻率穩(wěn)定度。

技術(shù)研發(fā)人員：徐憑,朱先清,孔德泉,宋聞瀾,謝巖駿,崔星洋,戴漢寧,陳宇翱,潘建偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24