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一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)定性的方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光電子學(xué)和測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)定性的方法與裝置。本發(fā)明的方法采用高穩(wěn)定性的參考光源作為頻率標(biāo)準(zhǔn)，通過將參考光束相對(duì)于待測(cè)光束產(chǎn)生一定量的頻移，并與待測(cè)光束進(jìn)行拍頻，通過拍頻信號(hào)的頻率信息得到待測(cè)單頻脈沖激光的頻率穩(wěn)定性信息。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用該裝置實(shí)現(xiàn)的測(cè)量方法實(shí)時(shí)性好，測(cè)量結(jié)果精度高，完成了對(duì)單頻脈沖激光的頻率穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)測(cè)量，科學(xué)的解決了單頻脈沖激光的頻率穩(wěn)定性測(cè)量設(shè)計(jì)難度高及由于測(cè)量系統(tǒng)自身抖動(dòng)引起測(cè)量誤差大的問題。
【專利說明】一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)定性的方法與裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子學(xué)和測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)定性的方法與裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]多普勒激光雷達(dá)不僅要求激光發(fā)射源是單頻輸出，而且還要求脈沖激光發(fā)射源具有很高的頻率穩(wěn)定性。根據(jù)不同的測(cè)風(fēng)精度要求，在1064nm波長(zhǎng)下至少要求頻率穩(wěn)定在幾MHz以內(nèi)，因此對(duì)脈沖激光的頻率穩(wěn)定性進(jìn)行精確測(cè)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(cè)量，并通過觀察干涉條紋的穩(wěn)定性來確定頻率穩(wěn)定性，但是由于研究對(duì)象本身頻率已經(jīng)比較穩(wěn)定，所需要觀測(cè)的僅僅是幾MHz以內(nèi)的頻率抖動(dòng)，要精確測(cè)量如此小的頻率抖動(dòng)，對(duì)干涉儀本身的分辨率、干涉儀的腔長(zhǎng)穩(wěn)定性以及干涉條紋的測(cè)量和分析都提出了非常高的要求；此外，在絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)條件下，也難以區(qū)分激光器和干涉儀各自對(duì)頻率抖動(dòng)產(chǎn)生的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)定性的方法與裝置，該方法和裝置可精確的對(duì)頻率穩(wěn)定性已經(jīng)很好的單頻脈沖激光器的頻率穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)性好，精確直觀，具有非常大的實(shí)用價(jià)值。
[0004]一方面，本發(fā)明提供了一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)定性的方法，該方法采用高穩(wěn)定性的參考光源作為頻率標(biāo)準(zhǔn)，通過將參考光束相對(duì)于待測(cè)光束產(chǎn)生一定量的頻移，并與待測(cè)光束進(jìn)行拍頻，通過拍頻信號(hào)的頻率信息得到待測(cè)單頻脈沖激光的頻率穩(wěn)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(cè)單頻脈沖激光源的輸出光頻率f上；
[0006]2)調(diào)節(jié)參考光源，使其輸出光頻率f’相對(duì)待測(cè)光源輸出光頻率f產(chǎn)生一定量的頻移Af ;
[0007]3)將待測(cè)光源輸出光與參考光源輸出光進(jìn)行拍頻；
[0008]4)信號(hào)采集與處理:拍頻信號(hào)由光電探頭探測(cè)后，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和處理軟件對(duì)所述拍頻信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到待測(cè)脈沖的頻率穩(wěn)定性信息。
[0009]優(yōu)選的，所述步驟2)中Af的最終選擇根據(jù)示波器的顯示時(shí)域拍頻信號(hào)來決定，且滿足每一脈沖包絡(luò)中包含至少兩周期的拍頻信號(hào)。當(dāng)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(guī)的光電探頭和數(shù)據(jù)采集卡的探測(cè)和采集能力。更優(yōu)選的，所述步驟2)中Af滿足每一脈沖包絡(luò)中包含兩周期的拍頻信號(hào)。
[0010]另一方面，本發(fā)明提供了一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)定性的裝置，該裝置包括待測(cè)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(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。
[0011]所述參考光源滿足連續(xù)單頻激光輸出，不僅自身要有很高的頻率穩(wěn)定性，而且其頻率f’可調(diào)且與待測(cè)光源頻率f基本相同，譜線寬度要小于待測(cè)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(cè)光源對(duì)應(yīng)波段的光學(xué)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(cè)光源的透射光束垂直通過這兩個(gè)光學(xué)器件中心，配合調(diào)節(jié)，使得待測(cè)光源透射光強(qiáng)度適當(dāng)。
[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(gè)光學(xué)器件中心，配合調(diào)節(jié)，使得參考光源透射光強(qiáng)度適當(dāng)。
[0015]所述待測(cè)光源透射光經(jīng)反射鏡及半透半反鏡反射后與參考光源經(jīng)半透半反鏡的透射光進(jìn)行拍頻，反射鏡及半透半反鏡配合用于調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)使得光電探測(cè)器接受的來源參考光源和待測(cè)光源的光強(qiáng)度相等。
[0017]所述半波片三置于光路中，用于調(diào)節(jié)光電探測(cè)器接收的分別來源于參考光源和待測(cè)光源的光的偏振方向，使兩者保持一致。
[0018]拍頻信號(hào)由所述光電探頭探測(cè)，且由數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)采集，最終交予計(jì)算機(jī)分析處理后，得出實(shí)時(shí)的單頻脈沖激光的頻率穩(wěn)定性測(cè)量曲線。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量結(jié)果精度高。本發(fā)明的方法通過將參考光源相對(duì)于待測(cè)光源產(chǎn)生一定量頻移，使得一個(gè)脈沖包絡(luò)中包含至少兩周期的拍頻信號(hào)，與待測(cè)光源進(jìn)行拍頻，拍頻信號(hào)用常規(guī)的光電探頭探測(cè)和數(shù)據(jù)采集卡采集后，通過軟件分析處理，由頻譜信息得出待測(cè)脈沖激光的頻率穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)的實(shí)現(xiàn)了單頻脈沖激光的線寬和頻率穩(wěn)定性的測(cè)量，科學(xué)的解決了單頻脈沖激光的頻率穩(wěn)定性測(cè)量設(shè)計(jì)難度高及由于測(cè)量系統(tǒng)自身抖動(dòng)引起測(cè)量誤差大的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖中標(biāo)號(hào):1_待測(cè)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(shù)據(jù)采集卡，12-計(jì)算機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0024]如圖1所示，一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)定性的裝置，包括待測(cè)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(shù)據(jù)采集卡11和計(jì)算機(jī)12。
[0025]參考光源2采用Innolight公司的平面環(huán)型腔(NPRO)激光器，擁有很高的穩(wěn)定性，輸出1064nm單頻線偏振的激光的瞬時(shí)光譜線寬為KHz量級(jí)，每分鐘頻率漂移小于1MHz，長(zhǎng)期頻率漂移小于45MHz/3h。待測(cè)光源I為1064nm NPRO結(jié)構(gòu)種子注入的線偏振單頻脈沖激光器。調(diào)節(jié)參考光源2頻率f’與待測(cè)光源I的頻率f 一致，即通過波長(zhǎng)計(jì)觀察到參考光源和待測(cè)光源的中心波長(zhǎng)重合。將參考光源2相對(duì)于待測(cè)光源I進(jìn)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(diào)節(jié)探測(cè)器探測(cè)方向上的來源于參考光源2和待測(cè)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(diào)節(jié)待測(cè)光源I和參考光源2，使得兩者照射至探測(cè)方向上的強(qiáng)度一致，即通過功率計(jì)觀察兩者功率基本相同。通過半波片三9調(diào)節(jié)待測(cè)光源I和參考光源2在探測(cè)方向偏振一致。通過IG的光電探頭10探測(cè)拍頻信號(hào)，2G數(shù)據(jù)采集卡采集后交予計(jì)算機(jī)12處理。
[0026]由上述方法和裝置測(cè)量得到待測(cè)光源I的譜線寬度為50.17MHz, 3000個(gè)脈沖的頻率穩(wěn)定度均方根值4.71MHz，頻率波動(dòng)范圍26.65MHz。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)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(cè)單頻脈沖激光源的輸出光頻率f上； 2)調(diào)節(jié)參考光源，使其輸出光頻率f’相對(duì)待測(cè)光源輸出光頻率f產(chǎn)生一定量的頻移Af; 3)將待測(cè)光源輸出光與參考光源輸出光進(jìn)行拍頻； 4)信號(hào)采集與處理:拍頻信號(hào)由光電探頭探測(cè)后，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和處理軟件對(duì)所述拍頻信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到待測(cè)脈沖的頻率穩(wěn)定性信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)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(luò)中包含至少兩周期的拍頻信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)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(luò)中包含兩周期的拍頻信號(hào)。
4.一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)定性的裝置，其特征在于，所述裝置包括待測(cè)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(shù)據(jù)采集卡(11)和計(jì)算機(jī)(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種測(cè)量單頻脈沖激光頻率穩(wěn)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(hào)】G01S7/497GK104198057SQ201410491630
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】周軍, 郝麗云, 丁建永, 盧棟, 宋維爾, 劉迎春, 王國峰 申請(qǐng)人:南京中科神光科技有限公司