一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發明屬于光電子學和測量【技術領域】，具體涉及一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的方法與裝置。本發明的方法采用高穩定性的參考光源作為頻率標準，通過將參考光束相對于待測光束產生一定量的頻移，并與待測光束進行拍頻，通過拍頻信號的頻率信息得到待測單頻脈沖激光的頻率穩定性信息。本發明的裝置結構簡單，使用該裝置實現的測量方法實時性好，測量結果精度高，完成了對單頻脈沖激光的頻率穩定性的實時測量，科學的解決了單頻脈沖激光的頻率穩定性測量設計難度高及由于測量系統自身抖動引起測量誤差大的問題。
【專利說明】一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的方法與裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于光電子學和測量【技術領域】，具體涉及一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的方法與裝置。
【背景技術】
[0002]多普勒激光雷達不僅要求激光發射源是單頻輸出，而且還要求脈沖激光發射源具有很高的頻率穩定性。根據不同的測風精度要求，在1064nm波長下至少要求頻率穩定在幾MHz以內，因此對脈沖激光的頻率穩定性進行精確測量顯得尤為重要。人們通常的做法是采用高精度的干涉儀測量，并通過觀察干涉條紋的穩定性來確定頻率穩定性，但是由于研究對象本身頻率已經比較穩定，所需要觀測的僅僅是幾MHz以內的頻率抖動，要精確測量如此小的頻率抖動，對干涉儀本身的分辨率、干涉儀的腔長穩定性以及干涉條紋的測量和分析都提出了非常高的要求；此外，在絕大多數實驗條件下，也難以區分激光器和干涉儀各自對頻率抖動產生的影響。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的方法與裝置，該方法和裝置可精確的對頻率穩定性已經很好的單頻脈沖激光器的頻率穩定性進行測量，實時性好，精確直觀，具有非常大的實用價值。
[0004]一方面，本發明提供了一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的方法，該方法采用高穩定性的參考光源作為頻率標準，通過將參考光束相對于待測光束產生一定量的頻移，并與待測光束進行拍頻，通過拍頻信號的頻率信息得到待測單頻脈沖激光的頻率穩定性。該方法具體的步驟包括:
[0005]I)將參考光源的輸出光頻率f ’鎖定在待測單頻脈沖激光源的輸出光頻率f上；
[0006]2)調節參考光源，使其輸出光頻率f’相對待測光源輸出光頻率f產生一定量的頻移Af ;
[0007]3)將待測光源輸出光與參考光源輸出光進行拍頻；
[0008]4)信號采集與處理:拍頻信號由光電探頭探測后，經過數據采集和處理軟件對所述拍頻信號進行傅里葉變換，得到待測脈沖的頻率穩定性信息。
[0009]優選的，所述步驟2)中Af的最終選擇根據示波器的顯示時域拍頻信號來決定，且滿足每一脈沖包絡中包含至少兩周期的拍頻信號。當然，的值也不能過大，滿足拍頻率不太高的要求，不能超過常規的光電探頭和數據采集卡的探測和采集能力。更優選的，所述步驟2)中Af滿足每一脈沖包絡中包含兩周期的拍頻信號。
[0010]另一方面，本發明提供了一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的裝置，該裝置包括待測光源、參考光源、半波片一、格蘭棱鏡一、反射鏡、半透半反鏡、半波片二、格蘭棱鏡二、半波片三、光電探頭、數據采集卡和計算機。
[0011]所述參考光源滿足連續單頻激光輸出，不僅自身要有很高的頻率穩定性，而且其頻率f’可調且與待測光源頻率f基本相同，譜線寬度要小于待測脈沖的譜線寬度。
[0012]所述半波片一、格蘭棱鏡一、反射鏡、半透半反鏡、半波片二、格蘭棱鏡二、半波片三、光電探頭為參考光源及待測光源對應波段的光學器件。
[0013]所述半波片一與格蘭棱鏡一，表面可鍍膜或不鍍膜，但是得保證待測光源的透射光束垂直通過這兩個光學器件中心，配合調節，使得待測光源透射光強度適當。
[0014]所述半波片二與格蘭棱鏡二，表面也可鍍膜或不鍍膜，但是得保證參考光源的透射光束垂直通過該兩個光學器件中心，配合調節，使得參考光源透射光強度適當。
[0015]所述待測光源透射光經反射鏡及半透半反鏡反射后與參考光源經半透半反鏡的透射光進行拍頻，反射鏡及半透半反鏡配合用于調節這兩束光路的完全重合。
[0016]所述半波片一與格蘭棱鏡一、半波片二與格蘭棱鏡二配合調節使得光電探測器接受的來源參考光源和待測光源的光強度相等。
[0017]所述半波片三置于光路中，用于調節光電探測器接收的分別來源于參考光源和待測光源的光的偏振方向，使兩者保持一致。
[0018]拍頻信號由所述光電探頭探測，且由數據采集卡負責采集，最終交予計算機分析處理后，得出實時的單頻脈沖激光的頻率穩定性測量曲線。
[0019]本發明的有益效果:
[0020]本發明的裝置結構簡單、測量結果精度高。本發明的方法通過將參考光源相對于待測光源產生一定量頻移，使得一個脈沖包絡中包含至少兩周期的拍頻信號，與待測光源進行拍頻，拍頻信號用常規的光電探頭探測和數據采集卡采集后，通過軟件分析處理，由頻譜信息得出待測脈沖激光的頻率穩定性，實時的實現了單頻脈沖激光的線寬和頻率穩定性的測量，科學的解決了單頻脈沖激光的頻率穩定性測量設計難度高及由于測量系統自身抖動引起測量誤差大的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的裝置結構示意圖；
[0022]圖中標號:1_待測光源，2-參考光源，3-半波片一，4-格蘭棱鏡一，5-反射鏡，6-半透半反鏡，7-半波片二，8-為格蘭棱鏡二，9-半波片三，10-光電探頭，11-數據采集卡，12-計算機。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
[0024]如圖1所示，一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的裝置，包括待測光源1，參考光源2，半波片一 3，格蘭棱鏡一 4，1064nmHR-45度反射鏡5，1064nm_45度半透半反鏡6，半波片二 7，格蘭棱鏡二 8，半波片三9，光電探頭10，數據采集卡11和計算機12。
[0025]參考光源2采用Innolight公司的平面環型腔(NPRO)激光器，擁有很高的穩定性，輸出1064nm單頻線偏振的激光的瞬時光譜線寬為KHz量級，每分鐘頻率漂移小于1MHz，長期頻率漂移小于45MHz/3h。待測光源I為1064nm NPRO結構種子注入的線偏振單頻脈沖激光器。調節參考光源2頻率f’與待測光源I的頻率f 一致，即通過波長計觀察到參考光源和待測光源的中心波長重合。將參考光源2相對于待測光源I進行約160MHz的頻移，即Λ f = 160MHz。如圖1所示擺置光路，通過1064nmHR-45度反射鏡5和1064nm_45度半透半反鏡6來調節探測器探測方向上的來源于參考光源2和待測光源I的兩束光的光路重合，通過半波片一 3與格蘭棱鏡一 4配合以及半波片二 7與格蘭棱鏡二 8配合調節待測光源I和參考光源2，使得兩者照射至探測方向上的強度一致，即通過功率計觀察兩者功率基本相同。通過半波片三9調節待測光源I和參考光源2在探測方向偏振一致。通過IG的光電探頭10探測拍頻信號，2G數據采集卡采集后交予計算機12處理。
[0026]由上述方法和裝置測量得到待測光源I的譜線寬度為50.17MHz, 3000個脈沖的頻率穩定度均方根值4.71MHz，頻率波動范圍26.65MHz。
[0027]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的范圍之內。
【權利要求】
1.一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的方法，其特征在于，該方法的具體步驟包括: 1)將參考光源的輸出光頻率f’鎖定在待測單頻脈沖激光源的輸出光頻率f上； 2)調節參考光源，使其輸出光頻率f’相對待測光源輸出光頻率f產生一定量的頻移Af; 3)將待測光源輸出光與參考光源輸出光進行拍頻； 4)信號采集與處理:拍頻信號由光電探頭探測后，經過數據采集和處理軟件對所述拍頻信號進行傅里葉變換，得到待測脈沖的頻率穩定性信息。
2.根據權利要求1所述的一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的方法，其特征在于，所述步驟2)中Af滿足每一脈沖包絡中包含至少兩周期的拍頻信號。
3.根據權利要求2所述的一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的方法，其特征在于，所述步驟2)中Af滿足每一脈沖包絡中包含兩周期的拍頻信號。
4.一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的裝置，其特征在于，所述裝置包括待測光源(I)，參考光源(2)，半波片一(3)，格蘭棱鏡一(4)，反射鏡(5)，半透半反鏡￠)，半波片二(7)，格蘭棱鏡二(8)，半波片三(9)，光電探頭(10)，數據采集卡(11)和計算機(12)。
5.根據權利要求4所述的一種測量單頻脈沖激光頻率穩定性的裝置，其特征在于，所述半波片一(3)、格蘭棱鏡一(4)、半波片二(7)、格蘭棱鏡二(8)表面鍍膜。
【文檔編號】G01S7/497GK104198057SQ201410491630
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】周軍, 郝麗云, 丁建永, 盧棟, 宋維爾, 劉迎春, 王國峰 申請人:南京中科神光科技有限公司
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