一种SERF磁强计光频率和功率的同步稳定装置及方法与流程

一种serf磁强计光频率和功率的同步稳定装置及方法
技术领域
1.本发明涉及一种半导体激光技术领域，尤其涉及一种serf磁强计光频率和功率的同步稳定装置及方法。


背景技术：

2.半导体激光器是实现无自旋交换弛豫(spin-exchange relaxation free, serf)磁强计装置超高灵敏原子自旋惯性磁场测量的关键器件。泵浦激光用于激发碱金属原子极化，探测激光用于探测原子自旋进动信号。半导体激光器的频率和功率会直接影响激光与原子的相互作用，最终影响serf磁强计装置的灵敏度。保持激光器输出光频率和功率的稳定性对serf磁强计装置的性能提高有至关重要的作用。
3.常见的半导体激光器稳频方法有饱和吸收稳频等通过调节激光器电流达到频率稳定的技术，但当激光器电流实时变化时，激光的功率会受到影响而产生的较大波动。
4.为此，我们提供了一种serf磁强计光频率和功率的同步稳定装置及方法以此解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种serf磁强计光频率和功率的同步稳定装置及方法，解决了现有技术中当激光器电流实时变化时，激光的输出光频率和功率会受到影响而产生的较大波动的问题。
6.本发明采用的技术方案如下：一种serf磁强计光频率和功率的同步稳定装置，包括：激光发射模块，用于发射激光；1/2波片和偏振分光棱镜，用于起偏和调节所述激光并按功率比将所述激光分为反射光和透射光；激光频率稳定模块，所述反射光作为所述激光频率稳定模块的探测光源，计算所述激光频率稳定模块的探测光源的实时频率与设定频率的差值，通过算法得到反馈电压，并将所述反馈电压反馈到所述激光发射模块，控制所述激光频率的实时稳定；激光功率稳定模块，所述透射光作为serf磁强计的工作光源和所述激光功率稳定模块的探测光源，所述激光功率稳定模块的探测光源接收并返回至所述偏振分光棱镜，通过计算返回的所述激光功率稳定模块的探测光源的实时功率与设定功率的差值，通过算法得到反馈电压，并将所述反馈电压发出的调制信号调制所述激光的功率，控制所述激光功率的实时稳定。
7.进一步地，所述激光发射模块包括半导体激光器和光电隔离器，所述半导体激光器为serf磁强计发射激光，所述激光经过所述光电隔离器进入所述1/2波片和所述偏振分光棱镜，将所述激光按功率比分为反射光和透射光。
8.进一步地，所述半导体激光器的激光控制电流为正常工作电流的150％。
9.进一步地，所述激光频率稳定模块包括光纤耦合器，保偏光纤，波长计和计算机，所述激光频率稳定模块的探测光源进入所述光纤耦合器并通过所述保偏光纤耦合进所述波长计，所述波长计计算所述激光频率稳定模块的探测光源的实时频率，所述计算机通过软件计算所述激光频率稳定模块的探测光源的实时频率与设定频率的差值，通过算法得到反馈电压，并将所述反馈电压反馈到所述激光发射模块，控制所述激光频率的实时稳定。
10.进一步地，所述激光功率稳定模块包括声光调节单元和声光控制单元，所述声光调节单元用于接收所述激光功率稳定模块的探测光源，并将所述激光功率稳定模块的探测光源经过调节后返回入所述偏振分光棱镜，所述偏振分光棱镜将返回的所述激光功率稳定模块的探测光源通过所述声光控制单元控制所述激光功率的实时稳定。
11.进一步地，所述声光调节单元包括声光调制器，1/4波片，孔径光阑和反射镜，所述声光调制器接收所述激光功率稳定模块的探测光源，并将所述激光功率稳定模块的探测光源发生布拉格衍射并调节 1级衍射光功率后进入1/4波片，调节所述孔径光阑的大小，挡住0级衍射光，透过 1级衍射光到达所述反射镜，并从所述反射镜原路返回进入所述偏振分光棱镜。
12.进一步地，所述声光控制单元包括分光棱镜，光学透镜，光电探测器，pid 控制单元和声光驱动器，所述偏振分光棱镜将调节后的所述激光功率稳定模块的探测光源经过经过所述分光棱镜分为两束，一束作为新的探测光源，另一束作为新的serf磁强计工作光源，所述新的探测光源通过所述光学透镜会聚到所述光电探测器上，所述光电探测器将新的探测光源的光功率信号转化为电信号，并通过所述pid 控制单元计算所述新的探测光源的实时功率与设定功率的差值，通过算法得到反馈电压，所述反馈电压通过所述声光驱动器发出调制信号，调制 1级衍射光的功率控制所述激光功率的实时稳定。
13.进一步地，所述分光棱镜将调节后的所述激光功率稳定模块的探测光源经过经过所述分光棱镜分为两束，反射光为入射光强的30%，用作新的探测光源，透射光为入射光束的70%，用作新的serf磁强计工作光源。
14.进一步地，所述激光通过所述1/2波片和所述偏振分光棱镜按功率比分为反射光和透射光，所述反射光为入射光强的10%，用作所述激光频率稳定模块的探测光源，所述透射光为入射光强的90%，用作所述serf磁强计的工作光源和激光功率稳定模块的探测光源。
15.本发明还提供一种serf磁强计光频率和功率的同步稳定方法，包括以下步骤：s1: 激光发射模块发射激光；s2：所述激光通过所述1/2波片和所述偏振分光棱镜按功率比分为反射光和透射光；s3：所述反射光作为激光频率稳定模块的探测光源，计算所述激光频率稳定模块的探测光源的实时频率与设定频率的差值，通过算法得到反馈电压，并将所述反馈电压反馈到所述激光发射模块，控制所述激光频率的实时稳定；s4：所述透射光作为serf磁强计的工作光源和激光功率稳定模块的探测光源，所述激光功率稳定模块的探测光源接收并返回至所述偏振分光棱镜，通过计算返回的所述激光功率稳定模块的探测光源的实时功率与设定功率的差值，通过算法得到反馈电压，并将所述反馈电压发出的调制信号调制所述激光的功率，控制所述激光功率的实时稳定。
16.本发明的有益效果是：
1、本发明将激光器的频率与功率稳定相结合，能同时实现激光器的频率与功率稳定。
17.2、本发明将激光器稳频和稳功率分模块实施，避免在serf磁强计主体中加入复杂光路。
18.3、本发明通过分光棱镜将激光从光路中分出小部分光作为光功率和频率反馈信号，对主光路中的激光没有影响，可使激光功率稳定的同时不会衰减。
19.4、本发明使用波长计和声光调制器进行反馈调节，设备简单，无需复杂操作。
附图说明
[0020] 图1为本发明的示意图。
[0021]
附图标记说明1-半导体激光器，2-光电隔离器，3-1/2波片，4-偏振分光棱镜，5-光纤耦合器，6-保偏光纤，7-波长计，8-计算机，9-声光调制器，10-1/4波片，11-孔径光阑，12-反射镜，13-分光棱镜，14-光学透镜，15-光电探测器，16-pid 控制单元，17-声光驱动器，其中粗实线是光路部分，细实线是电路部分。
具体实施方式
[0022]
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]
见图1，一种serf磁强计光频率和功率的同步稳定装置，包括：激光发射模块，所述激光发射模块包括半导体激光器1和光电隔离器2，所述半导体激光器1为serf磁强计发射激光，为保证最终输出的serf磁强计的工作光束激光功率不受探测信号光分束的影响，满足serf磁强计的正常工作，可将半导体激光器1的激光控制电流提升至正常工作电流的150％，从而增大半导体激光器1输出的初始功率，所述激光经过所述光电隔离器2进入所述1/2波片3和所述偏振分光棱镜4，将所述激光按功率比分为反射光和透射光；1/2波片和偏振分光棱镜4，1/2波片和偏振分光棱镜4将所述激光并按功率比分为反射光和透射光，所述反射光为入射光强的10%，用作所述激光频率稳定模块的探测光源，所述透射光为入射光强的90%，用作所述serf磁强计的工作光源和激光功率稳定模块的探测光源；激光频率稳定模块，所述激光频率稳定模块包括光纤耦合器5，保偏光纤6，波长计7和计算机8，所述激光频率稳定模块的探测光源进入所述光纤耦合器5并通过所述保偏光纤6耦合进所述波长计7，所述波长计7计算所述激光频率稳定模块的探测光源的实时频率，所述计算机8通过软件计算所述激光频率稳定模块的探测光源的实时频率与设定频率的差值，通过pid算法得到反馈电压，并将所述反馈电压反馈到所述半导体激光器1，控制所述激光频率的实时稳定；激光功率稳定模块，所述激光功率稳定模块包括声光调节单元和声光控制单元，所述声光调节单元包括声光调制器9，1/4波片10，孔径光阑11和反射镜12，所述声光调制器
接收所述激光功率稳定模块的探测光源，并将所述激光功率稳定模块的探测光源发生布拉格衍射并调节 1级衍射光功率后进入1/4波片10，调节所述孔径光阑11的大小，挡住0级衍射光，透过 1级衍射光到达所述反射镜12，并从所述反射镜12原路返回进入所述偏振分光棱镜4；所述声光控制单元包括分光棱镜13，光学透镜14，光电探测器15，pid 控制单元16和声光驱动器17，所述偏振分光棱镜4将从所述反射镜12原路返回的所述激光功率稳定模块的探测光源经过经过所述分光棱镜13分为两束，反射光为入射光强的30%，用作新的探测光源，透射光为入射光束的70%，用作新的serf磁强计工作光源，所述新的探测光源通过所述光学透镜14会聚到所述光电探测器15上，所述光电探测器15将新的探测光源的光功率信号转化为电信号，并通过所述pid 控制单元16计算所述新的探测光源的实时功率与设定功率的差值，通过算法得到反馈电压，所述反馈电压通过所述声光驱动器17发出调制信号驱动声光调制器9调制 1级衍射光的功率从而控制所述激光功率的实时稳定。
[0024]
一种serf磁强计光频率和功率的同步稳定方法，包括以下步骤：s1: 激光发射模块发射激光；s2：所述激光通过所述1/2波片3和所述偏振分光棱镜4按功率比分为反射光和透射光；s3：所述反射光作为激光频率稳定模块的探测光源，计算所述激光频率稳定模块的探测光源的实时频率与设定频率的差值，通过算法得到反馈电压，并将所述反馈电压反馈到所述激光发射模块，控制所述激光频率的实时稳定；s4：所述透射光作为serf磁强计的工作光源和激光功率稳定模块的探测光源，所述激光功率稳定模块的探测光源接收并返回至所述偏振分光棱镜4，通过计算返回的所述激光功率稳定模块的探测光源的实时功率与设定功率的差值，通过算法得到反馈电压，并将所述反馈电压发出的调制信号调制所述激光的功率，控制所述激光功率的实时稳定。
[0025]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。