一种控制脉冲激光建立时间的激光稳频方法

摘要

本发明涉及一种控制脉冲激光建立时间的激光稳频方法，其利用测量可调谐脉冲激光器的脉冲信号源的触发脉冲信号开始触发脉冲激光器时刻与之后脉冲激光器所产生的输出脉冲激光信号时刻之间的时间差获得脉冲激光的建立时间，并据此由单片机给出增加或减小控制电压命令，该控制电压命令调节压电陶瓷的长度，从而改变激光器的谐振腔腔长并控制其变化方向，使激光输出的脉冲建立时间始终保持在最小值附近，从而稳定了脉冲激光的频率，输出激光功率也稳定在最大值附近。本发明不需要复杂的鉴频装置，具有结构简单、体积小、造价低的优点，适用于脉冲激光稳频。可应用于相干激光雷达、激光光谱、激光测量等领域。

权利要求

1.一种控制脉冲激光建立时间的激光稳频方法，用分束镜将可调谐脉冲激光器的输出激光分为两束，透射光经过分束镜直接输出，由分束镜反射的反射激光被光电探测器接收，光电探测器将光信号转换成电信号再经过放大器放大后输入到计数器，其特征是：脉冲激光器的脉冲信号源的触发脉冲信号在输入到脉冲激光器的同时还输入到计数器作为计数的启动信号，计数器收到脉冲信号源发出的触发脉冲信号时开始计数，计数器再收到分束镜反射的脉冲激光信号时完成一次计数，脉冲激光器的谐振腔装配有压电陶瓷，由单片机根据计数器获得的计数值计算脉冲激光的建立时间并据此给出增加或减小控制电压命令，该控制电压命令经过数模转换，再经过电压放大器放大之后施加到压电陶瓷上，控制电压命令调节压电陶瓷的长度，从而改变脉冲激光器的谐振腔腔长，脉冲激光器的谐振腔腔长的变化引起激光输出脉冲建立时间的变化，单片机分析比较先后相邻的脉冲激光建立时间，如果脉冲激光建立时间减小，则说明控制电压命令对谐振腔长变化的控制方向正确，反之如果脉冲激光建立时间增加，则认为不正确，单片机即时改变控制电压命令，进而改变谐振腔腔长变化的控制方向，保持输出的脉冲激光的脉冲建立时间始终在最小值附近，从而稳定了脉冲激光的频率，激光输出功率最大处的脉冲建立时间最短，输出激光功率也稳定在最大值附近。

说明书

一种控制脉冲激光建立时间的激光稳频方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种激光稳频方法，具体地说是一种控制脉冲激光建立时间的激光稳频方法。

背景技术

[0002] 目前激光器频率稳定主要采用被动稳频与主动稳频两种方式。被动稳频就是控制激光器的工作环境，选择激光器腔体材料，以减少外界因素变化对激光频率变化的影响。被动稳频措施主要有：(1)选用线性膨胀系数小的材料做激光器的腔体；(2)减少周围环境对激光器的影响(如防震、隔离、稳流、恒温等)；(3)合理设计激光器的管体结构。

[0003] 在很多实际工作中环境较为复杂，采用被动稳频系统不能保证激光器具有较高的频率稳定度，因此人们采用多种主动稳频措施，使激光器在各种环境中都具有较高的频率稳定度。主动稳频主要是通过利用频率不稳造成的反馈信号自动调节腔长或其它参数，使激光器又回到稳定的工作频率，从而达到稳频的目的，比较常见的主动稳频方法有饱和吸收稳频、斯塔克效应稳频、分子光电流稳频等。现有的主动稳频方法的不足之处是需要复杂的鉴频装置，因此结构复杂、体积大、造价高，大大限制了稳频激光器的广泛应用。而且现有的主动稳频方法只适用于连续激光的稳频，而不适用于脉冲激光稳频。迄今为止，还未见控制脉冲激光建立时间的激光稳频方法的文献报道。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种不需要复杂的鉴频装置，具有结构简单、体积小、造价低的优点，适用于脉冲激光稳频的控制脉冲建立时间的激光稳频方法。可应用于相干激光雷达、激光光谱、激光测量等领域。

[0005] 本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种控制脉冲激光建立时间的激光稳频方法，用分束镜将可调谐脉冲激光器的输出激光分为两束，透射光经过分束镜直接输出，由分束镜反射的反射激光被光电探测器接收，光电探测器将光信号转换成电信号再经过放大器放大后输入到计数器，其特征是：脉冲激光器的脉冲信号源的触发脉冲信号在输入到脉冲激光器的同时还输入到计数器作为计数的启动信号，计数器收到脉冲信号源发出的触发脉冲信号时开始计数，计数器再收到分束镜反射的脉冲激光信号时完成一次计数，脉冲激光器的谐振腔装配有压电陶瓷，由单片机根据计数器获得的计数值计算脉冲激光的建立时间并据此给出增加或减小控制电压命令，该控制电压命令经过数模转换，再经过电压放大器放大之后施加到压电陶瓷上，控制电压命令调节压电陶瓷的长度，从而改变脉冲激光器的谐振腔腔长，脉冲激光器的谐振腔腔长的变化引起激光输出脉冲建立时间的变化，单片机分析比较先后相邻的脉冲激光建立时间，如果脉冲激光建立时间减小，则说明控制电压命令对谐振腔长变化的控制方向正确，反之如果脉冲激光建立时间增加，则认为不正确，单片机即时改变控制电压命令，进而改变谐振腔腔长变化的控制方向，保持输出的脉冲激光的脉冲建立时间始终在最小值附近，从而稳定了脉冲激光的频率，激光输出功率最大处的脉冲建立时间最短，所以输出激光功率也稳定在最大值附近。

[0006] 本发明方法利用测量可调谐脉冲激光器被触发时刻与之后脉冲激光器输出脉冲激光时刻之间的时间差来获得脉冲激光的建立时间，并据此给出调节压电陶瓷长度的控制电压命令，从而改变激光器的谐振腔腔长并控制其变化方向，使输出激光的脉冲建立时间始终保持在最小值附近，从而稳定脉冲激光的频率，输出激光功率也稳定在最大值附近。本发明不需要复杂的鉴频装置，因而具有结构简单、体积小、造价低的优点，其它的主动稳频方法只适用于连续激光的稳频，而本发明方法适用于脉冲激光稳频，可应用于相干激光雷达、激光光谱、激光测量等领域。

附图说明

[0007] 图1为本发明流程框图。

[0008] 图2为本发明激光脉冲建立时间变化示意图。

[0009] 图中标号是：1.脉冲激光器，2.压电陶瓷(PZT)，3.脉冲信号发生器，4.分束镜，5.光电探测器，6.信号放大器，7.计数器，8.单片机，9.数模转换，10.电压放大器，11.激光脉冲输出波形，12.相邻激光脉冲输出波形。

具体实施方式

[0010] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

[0011] 本发明的流程框图如图1所示，在可调谐脉冲激光器1的输出激光光路上放置分束镜4，分束镜4的透射光直接输出，在分束镜4的反射光路上同轴放置光电探测器5，光电探测器5的输出电信号送到放大器6，放大器6的输出电信号送到计数器7，其特征是：脉冲激光器的脉冲信号源3的触发脉冲信号同时送到脉冲激光器1和计数器7，脉冲激光器1的谐振腔装配有压电陶瓷2，计数器7的输出电信号送到单片机8，单片机8的输出电信号送到数模转换9，数模转换9的输出电信号送到电压放大器10，电压放大器10的输出电信号施加到压电陶瓷2上。

[0012] 由图1可知，本发明的工作过程是：用分束镜4将可调谐脉冲激光器1的输出激光分为两束，透射光经过分束镜4直接输出，由分束镜4反射的反射激光被光电探测器5接收，光电探测器5将光信号转换成电信号再经过放大器6放大后输入到计数器7，脉冲激光器1的脉冲信号源3的触发脉冲信号在输入到脉冲激光器1的同时还输入到计数器7作为计数的启动信号，计数器7收到脉冲信号源3发出的触发脉冲信号时开始计数，计数器7收到分束镜4反射的脉冲激光信号时完成一次计数，脉冲激光器1的谐振腔装配有压电陶瓷2，由单片机8根据计数器7获得的计数值计算脉冲激光的建立时间并据此给出增加或减小控制电压命令，控制电压命令经过数模转换9，再经过电压放大器10放大之后施加到压电陶瓷2上，控制电压命令调节压电陶瓷2的长度，从而改变脉冲激光器1的谐振腔腔长，脉冲激光器1的谐振腔腔长的变化引起激光输出脉冲建立时间的变化，图2为本发明激光脉冲建立时间变化示意图，如图2所示，11、12为t0和t1时刻所对应的先后相邻的输出脉冲激光波形，单片机8分析比较先后相邻的脉冲激光的脉冲建立时间，如果脉冲激光建立时间减小，则说明控制电压命令对谐振腔长变化的控制方向正确，反之如果脉冲激光建立时间增加，则认为不正确，单片机8即时改变控制电压命令，进而改变谐振腔长变化控制方向，保持输出激光的脉冲建立时间始终在最小值附近，从而稳定了脉冲激光的频率，激光输出功率最大处的脉冲建立时间最短，所以输出激光功率也稳定在最大值附近。