基于石英音叉增強氣體光聲光譜的可調諧激光穩頻裝置制造方法及圖紙

一種基于石英音叉增強氣體光聲光譜的可調諧激光穩頻裝置，包括：一可調諧激光器；一調制電流源，其輸出端與可調諧激光器的輸入端連接；一溫度控制器，其輸出端與可調諧激光器的輸入端連接；一光纖耦合器，其輸入端與可調諧激光器的輸出端連接；一密閉氣室，其一側壁安裝光纖聚焦透鏡，該光纖聚焦透鏡伸入到密閉氣室內；一石英音叉，位于密閉氣室內；一前置放大器，其接收石英音叉輸出的信號；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，該控制箱的兩個輸出端控制調制電流源和溫度控制器。其能夠解決傳統直接吸收法氣體吸收光譜穩頻技術中存在的背景噪聲強、體積大、結構穩定性差等問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于激光光源穩頻
，特別涉及一種基于石英音叉增強氣體光聲光譜的可調諧激光穩頻裝置。
技術介紹
高穩定、窄線寬、波長可調諧激光器在超精細光譜探測、計量、相干光通訊、密集波分復用和量子頻標等領域有著十分重要的應用。自由運轉的可調諧激光器受注入電流和工作溫度等因素影響，長時間頻譜展寬和漂移可達上百MHz甚至數GHz，針對上述應用必須采取主動穩頻措施。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頻，即讓激光束穿過某些在光頻范圍內具有顯著吸收峰的氣體，調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，通過檢測激光透過率的變化，反饋控制激光出射光頻率始終處在氣體吸收頻率峰值點。該方法原理簡單、易于實現、頻率可溯源。但背景噪聲強，此外由于需要長氣室，因此體積大、結構穩定性差。本專利技術提供了一種基于石英音叉增強氣體光聲光譜的可調諧激光器穩頻裝置。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于石英音叉增強氣體光聲光譜的可調諧激光穩頻裝置。其是采用石英音叉檢測激光與吸收氣體相互作用下產生的光聲光譜信號，通過反饋控制激光器的工作溫度和注入電流，將可調諧激光器的輸出頻率長期穩定在氣體吸收峰中心。能夠解決傳統直接吸收法氣體吸收光譜穩頻技術中存在的背景噪聲強、體積大、結構穩定性差等問題。為達到上述目的，本專利技術提一種基于石英音叉增強氣體光聲光譜的可調諧激光穩頻裝置，包括一可調諧激光器；一調制電流源，其輸出端與可調諧激光器的輸入端連接；—溫度控制器，其輸出端與可調諧激光器的輸入端連接；—光纖稱合器，其輸入端與可調諧激光器的輸出端連接，該光纖稱合器包括兩個輸出端；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頻激光輸出；一密閉氣室，其一側壁安裝光纖聚焦透鏡，該光纖聚焦透鏡伸入到密閉氣室內；一石英音叉，位于密閉氣室內，該石英音叉包括兩個音叉臂和一輸出端；—前置放大器，其接收石英音叉輸出的信號；—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，該控制箱的兩個輸出端控制調制電流源和溫度控制器。本專利技術的有益效果是基于石英音叉增強氣體光聲光譜的可調諧激光器穩頻裝置不僅具有常規直接吸收法氣體吸收光譜穩頻原理簡單、頻率可溯源等優點，還具有體積小、結構緊湊、背景噪聲小，精度高等優勢。附圖說明為進一步說明本專利技術的
技術實現思路
，以下結合附圖對本專利技術作進一步說明，其中圖I是本專利技術“基于石英音叉增強氣體光聲光譜的可調諧激光穩頻裝置”的結構框圖。 圖2a是調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，正弦調制頻率為圖2b是可調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-，正弦調制頻率為圖3是光纖聚焦透鏡產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的相敏檢波穩頻原理圖。圖4a是激光頻率低于氣體吸收峰中心頻率時的相敏檢波原理圖。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的相敏檢波原理圖。具體實施例方式請參閱圖I所示，本專利技術提供一種基于石英音叉增強氣體光聲光譜的可調諧激光穩頻裝置，包括一可調諧激光器I，所述可調諧激光器I是通過改變工作溫度和注入電流控制其輸出光頻率；—調制電流源2，其輸出端與可調諧激光器I的輸入端連接；一溫度控制器3，其輸出端與可調諧激光器I的輸入端連接；—光纖稱合器4,其輸入端與可調諧激光器I的輸出端連接，該光纖稱合器4包括兩個輸出端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用于穩頻激光輸出；一密閉氣室7，其一側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；一吸收氣體8，充入密閉氣室7中，所述吸收氣體8在可調諧激光器I通過溫度和注入電流可調的輸出光頻率范圍內，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，該石英音叉9包括兩個音叉臂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的兩個音叉臂91的間隙中，聚焦光束與吸收氣體8相互作用產生的氣體光聲光譜信號被石英音叉9所檢測；—前置放大器10,其接收石英音叉9輸出的信號；—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的兩個輸出端控制調制電流源2和溫度控制器3。請參閱圖2a所示,其是調制電流源2輸出的電流波形示意圖。調制電流源2輸出直流偏置為Itl,正弦調制幅度為Ia，正弦調制頻率為fo的電流驅動可調諧激光器I發光。請參閱圖2b所示，其是可調諧激光器I輸出光頻率示意圖。在調制電流源2的電流驅動下，可調諧激光器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，&與石英音叉9的共振頻率相等。可調諧激光器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。 請參閱圖4a所示，其是激光頻率低于氣體吸收峰中心頻率時的相敏檢波原理圖。氣體吸收峰中心頻率為Vci，當可調諧激光I輸出光中心頻率V小于氣體吸收峰頻率V。時，石英音叉9輸出頻率為&的正弦信號，相位較調制電流源2頻率為&的正弦調制電流相位反向，此時相位檢波器11輸出為負。請參閱圖4b所示，其是激光頻率等于氣體吸收峰中心頻率時的相敏檢波原理圖。可調諧激光I輸出光中心頻率V小于氣體吸收峰頻率Vtl時，石英音叉9輸出頻率為的正弦信號，此時相位檢波器11輸出為O。請參閱圖4c所示，其是激光頻率高于氣體吸收峰中心頻率時的相敏檢波原理圖。可調諧激光I輸出光中心頻率V小于氣體吸收峰頻率Vtl時，石英音叉9輸出頻率為fo的正弦信號，但相位較調制電流源2頻率為&的正弦調制電流相位同向，此時相位檢波器輸出11為正。相位檢波器11輸出信號進入控制箱12，控制箱反饋調整調制電流源2的輸出直流偏置1(1，使相位檢波器11輸出信號在任何情況下始終為O,此時可調諧激光器I的輸出光頻率V等于氣體吸收峰中心頻率Vtl,實現了可調諧激光器I的輸出光穩頻。以上所述的具體實施例，對本專利技術的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本專利技術的具體實施例而已，并不用于限制本專利技術，凡在本專利技術的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于石英音叉增強氣體光聲光譜的可調諧激光穩頻裝置，包括 一可調諧激光器； 一調制電流源，其輸出端與可調諧激光器的輸入端連接； 一溫度控制器，其輸出端與可調諧激光器的輸入端連接； 一光纖I禹合器，其輸入端與可調諧激光器的輸出端連接，該光纖I禹合器包括兩個輸出端; 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頻激光輸出； 一密閉氣室，其一側壁安裝光纖聚焦透鏡，該光纖聚焦透鏡伸入到密閉氣室內； 一石英音叉，位于密閉氣室內，該石英音叉包括兩個音叉臂和一輸出端； 一前置放大器，其接收石英音叉輸出的信號； 一相敏檢波器，其輸入端與前置放大器的輸出端連接； 一控...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王瑞，鞠煜，謝亮，祝寧華，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：