基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法与装置

摘要

本发明提出了基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法与装置，所述双纵模激光器电源的正负极分别连接所述激光管的两端，所述激光管嵌套在所述导热壳体配在所述热隔离层中，所述散热层靠近所述激光管两端的位置上各开有一透光孔，所述偏振分光镜设置在其中一个所述透光孔外，所述光功率转换电路设置在偏振分光镜的反射及折射光路上，所述柔性薄膜、测温电路和A/D转换电路依次单向连接，所述温度传感器粘接在所述散热层外壁上，所述温度传感器与所述微处理器单向连接。本发明的方法可以使激光器的频率复现性从10‑8提升至10‑9，本发明的装置避免了由于热传递产生的热迟滞效应，为激光器的稳频算法提供实时准确的温度数据。

权利要求

1.基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法，应用于基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频装置，所述基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频装置包括双纵模激光器电源(1)和激光管(2)，所述双纵模激光器电源(1)的正负极分别连接所述激光管(2)的两端，所述激光稳频装置还包括导热壳体(3)、导热胶层(4)、柔性薄膜(5)、热隔离板(6)、散热层(7)和激光稳频电路，所述激光稳频电路包括温度传感器(8)、偏振分光镜(9)、光功率转换电路(10)、测温电路(11)、A/D转换电路(12)、柔性薄膜驱动电路(13)、D/A转换器(14)和微处理器(15)，所述激光管(2)嵌套在所述导热壳体(3)内，所述导热壳体(3)、导热胶层(4)、柔性薄膜(5)和热隔离板(6)由内至外依次粘接，所述热隔离板(6)装配在所述散热层(7)中，所述散热层(7)靠近所述激光管(2)两端的位置上各开有一透光孔，所述偏振分光镜(9)设置在其中一个所述透光孔外，所述光功率转换电路(10)设置在偏振分光镜(9)的反射及折射光路上，所述光功率转换电路(10)、A/D转换电路(12)、微处理器(15)、D/A转换器(14)、柔性薄膜驱动电路(13)和柔性薄膜(5)依次连接，所述柔性薄膜(5)、测温电路(11)和A/D转换电路(12)依次单向连接，所述温度传感器(8)粘接在所述散热层(7)外壁上，所述温度传感器(8)与所述微处理器(15)单向连接，其特征在于，所述激光稳频方法包括以下步骤：

步骤一、首先对柔性薄膜(5)和测温电路(11)组成的温度模块进行温度标定，利用集成的温度传感器(8)测得当前环境的温度为T，A/D转换电路(12)测出测温电路(11)中放大器的输出电压为U，不断改变环境温度，测量多组温度与电压值，通过数据拟合得到温度与电压之间的关系系数为k，完成对柔性薄膜(5)电压温度系数的标定；

步骤二、将柔性薄膜(5)和测温电路(11)装配于激光器中，开启双纵模激光器电源(1)，测得此时的测温电路(11)中放大器的输出电压为U0，利用T0＝kU0，求出此时的环境温度为T0，将所述环境温度作为该环境状态下激光管(2)的初始温度；

步骤三、再次对激光器上电，重新采集该环境温度下激光管(2)的初始温度值T’，预设稳频时整体激光管(2)的温度为Tset，对每个温度值利用模式温度变化系数α以及稳频时的预设温度Tset计算出激光管(2)在对应温度时达到预设温度时光功率应该变化的模式个数为ΔN0，将ΔN0作为整个激光管(2)达到预设温度时光功率需要变化的模式个数；

步骤四、利用稳频控制电路上的柔性薄膜驱动电路(13)控制柔性薄膜(5)对激光管(2)加热，此时激光器进入预热阶段，利用两路光功率的变化记录整个激光管(2)的模式变化数量，当模式变化数量达到Nset-ΔN时，结束预热过程，激光管(2)进入稳频控制阶段；

步骤五、在预热过程结束时，再次记录该时刻的温度T”，以该温度变化数据作为参考，对柔性薄膜(5)进行控制，当激光管(2)的温度达到预热的温度目标Tset时，激光管(2)的模式变化数量达到N，此时激光管(2)锁定了该模式，微处理器(15)通过算法控制柔性薄膜(5)的驱动电压对激光管(2)的整体温度进行微调，使激光管(2)的最终温度达到Tset，最终控制激光器达到高频率稳定度的状态。

2.根于权利要求1所述的基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法，其特征在于，ΔN小于Nset。

3.根据权利要求1所述的基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法，其特征在于，

所述双纵模激光器电源(1)，用于为所述激光管(2)提供电能；

所述激光管(2)，用于向所述偏振分光镜(9)输出激光；

所述导热壳体(3)，用于将来自所述导热胶层(4)的热量传导至所述激光管(2)上；

所述导热胶层(4)，用于将来自所述柔性薄膜(5)的热量传导至所述导热壳体(3)上；

所述柔性薄膜(5)，用于接收并根据所述柔性薄膜驱动电路(13)的驱动信号对所述激光管(2)进行温度控制；

所述热隔离板(6)，用于阻绝热隔离板(6)内侧的热量耗散；

所述散热层(7)，用于与外界环境进行热交换，使所述激光管(2)与外界环境更快达到热平衡状态；

所述温度传感器(8)，用于采集所述环境温度，并以电信号的形式传输给所述微处理器(15)；

所述偏振分光镜(9)，用于反射及折射所述激光管(2)发出的激光至所述光功率转换电路(10)的光电转换器件上；

所述光功率转换电路(10)，用于将所述激光转换为光模拟信号并输出至所述A/D转换电路(12)；

所述测温电路(11)，用于将所述柔性薄膜(5)的温度模拟信号，并将所述温度模拟信号传输至所述A/D转换电路(12)；

所述A/D转换电路(12)，用于将所述光模拟信号转换为光数字信号，将所述温度模拟信号转换为温度数字信号，并将所述光数字信号和温度数字信号传输至所述微处理器(15 )；

所述柔性薄膜驱动电路(13)，用于根据温控模拟信号输出相应的驱动信号至所述柔性薄膜(5)；

所述D/A转换器(14)，用于将温控数字信号转换为温控模拟信号并输出至所述柔性薄膜驱动电路(13)；

所述微处理器(15)，用于根据所述温度传感器(8)传来的电信号、光数字信号和温度数字信号通过算法生成温控数字信号并传输至所述D/A转换器(14)。

4.根据权利要求1所述的基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法，其特征在于，所述柔性薄膜(5)为热均匀性好的材料。

5.根据权利要求1所述的基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法，其特征在于，所述导热壳体(3)为高导热性材料。

说明书

基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法与装置

技术领域

[0001] 本发明涉及基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法与装置，属于激光应用技术领域。

背景技术

[0002] 随着科技的进步，超精密和微电子制造成为科技竞争的具体表现之一，并影响着国防应用和国民经济等各个领域，作为超精密和微电子制造的先决条件，超精密测量技术也必须向着高精度、大尺寸方向发展，在实现超精密测量的方法中，激光干涉测量方法具有测量精度高、动态测量速度高、外界环境影响小等优点，在测长以及测振等方面有重要应用，作为超精密激光干涉测量技术的核心问题，激光频率特性决定了干涉测量系统所能达到的极限精度，频率的稳定特性包括频率稳定度和频率复现性两个方面，国内外的相关研究采用各种方法对激光器实施主动稳频，其中对于提高激光器的频率稳定度的技术和方法已经相对成熟，国内商用级的激光器的频率稳定度能够达到10-8以上，但是对于频率复现性少有提升手段，当一台激光器分时分地上电后，其最终的频率工作点变化，激光干涉测量系统的参考波长发生变化，导致整个系统的测量精度下降。因此提高频率复现性来提高激光器的频率稳定特性是激光应用技术领域迫切需要解决的问题。

[0003] 在众多激光稳频方法中，热稳频法是双频激光器的主要稳频方法，该方法是在激光器上电后，通过相应的热执行器对激光管进行预热，在预热完成后，控制器以光功率作为稳频判别的参考，通过相应的控制算法调节电热驱动器的功率使谐振腔的腔长发生变化，最终使激光器进入稳频控制阶段。实际实验表明，对于普通玻璃材料的激光管，稳频温度每变化0.1℃，频率变化0.2～0.6MHz，相对频率漂移约为10-9，激光器的频率复现性与最终稳频时的温度点有直接关系，因此对于热稳频激光器，腔长调节的执行方式、稳频算法以及执行器与激光管之间的传热结构均会影响激光器的频率复现性，一些学者围绕这三方面问题进行了研究。

[0004] 第一方面是腔长调节的执行方法不同，激光器的稳频方法可以分为水冷稳频法、风冷稳频法、以及热驱动稳频法等。例如Umeda等利用风冷效应调节横向塞曼激光器谐振腔长，获得了10-10的短期频率稳定度。这种腔长调节方式在Teletrac公司的稳频激光器产品中曾得到应用。然而，受环境空气湿度、温度变化的影响，稳频模型参数变化较大，使采用风冷效应调节谐振腔长的稳频激光器对工业现场环境因素适应力较低，不能有效地实现高精度稳频。一些公司也研发了水冷型的激光器，由于水冷型激光器能给激光管提供一个密闭的热环境，因此外界环境对激光器的影响较小，但是该种方式的机械结构设计难度较大，并且成本较高，不适于量产。为了改善激光器的腔长调节方法，安捷伦厂商的HP5517将加热丝嵌入到激光管中，一方面利用加热丝加热激光管控制腔长，另一方面根据加热丝自身的电阻温度系数，当激光管的温度发生变化时，加热丝的电阻温度变化导致其两端的电压发生变化，测温电路通过该电压变化来表征激光管内部的温度。由于加热丝是嵌入到激光管的内部，这种方式不仅加热效率高，而且测温方式简单。但是受到国内加工工艺的限制，该种内嵌加热丝的激光管很难批量化生产。国内的哈尔滨工业大学提出了一种基于热电致冷器的双纵模激光器稳频方法(中国专利CN100382398：基于热电致冷器的双纵模激光器稳频方法与装置)。该方法利用对TEC加反向电流发热的特性对激光管进行预热，再通过控制TEC电流的大小与方向控制激光管的温度使双频激光器的两个纵模的光功率差为零，最终进入稳频状态。该种方法可以减小激光器的预热时间，受外界环境的温度影响小，可以有效改善由于环境影响带来的激光器频率复现性的问题，但是该种方式的热结构存在缺陷，热电制冷器只安装在激光管的一侧，激光管的轴向以及纵向均存在温度梯度，激光管内受热不均匀，影响了激光器的频率稳定性。

[0005] 除此之外，激光器的传热结构也影响激光器的稳频效果，由于激光管的工艺原因，激光管的外壳是不均匀的，因此整个激光管是各向异性的，实际预热时激光管的内部温度场是不均匀的，常见的稳频方式中单点温度测量不能完全代表激光管的整体实际温度，除此之外如果激光器散热不充分，激光管的温度高于环境温度，会导致激光器再次上电时达到的稳频温度高于初始的环境温度；或者环境温度变化，初始温度与上一次的初始温度不一致，将导致激光器再上电时达到稳频时的温度点与之前的稳频温度点存在差异，因此温度测量环节造成每次激光器稳频时稳频温度点不一致，从而使激光器的频率复现性受到影响。为了改善上述传热方式，Niebauer利用加热薄膜作为热执行器来调节激光管的腔长，与其他加热器相比，加热薄膜的柔性弯曲度小于2mm，可以紧密的贴合在激光管的外部，因此它的热传递可靠，适用于调节激光管的温度。国外的Zygo公司的稳频激光器的热执行器就是采用这种方案，该公司在温度测量方面选用的是单点或两点测量，这时得到的温度值并不能反应激光管的整体温度。

[0006] 实际的稳频算法也影响激光器的稳频效果，双频激光器主要采用光功率平衡法，该方法以两个纵模的光功率差的大小为稳频控制参考变量，一般情况下，控制两纵模光功率差为零时，此时认为激光器进入稳频状态，但是实际上，光功率差并不能直接反映激光管内部的光频，因此激光器最终进入稳频状态时，两路纵模的光频存在同时漂移的问题，除此之外，在调节激光管的外加光路时，做不到两个纵模的光路完全一致，两纵模的光功率差不能控制绝对为零，此时激光器的稳频控制点偏离稳频的参考基准点，出现稳频控制频移的现象。

[0007] 综上所述，腔长调节的执行方法、传热结构以及稳频算法均影响实际激光器的最终稳频效果。激光管腔长调节方面，国外的激光器虽然可以激光管内嵌加热丝，但是由于工艺以及材料的成本问题，该种方式很难实现；传热结构方面，由于激光管外壳的不均匀性导致激光管内的温度不均匀；算法方面，目前采用的光功率平衡法不能解决最终稳频温度点漂移的问题。因此目前的激光稳频技术很难在高频率稳定度的情况下提高激光器的频率复现性。

发明内容

[0008] 本发明提出基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法与装置，目的是针对现有激光器频率复现性不足的情况，基于热稳频方法的激光器提供一种新型的加热测温方法，为新一代超精密加工测量的工业现场提供一种高频率稳定度高频率复现性的激光光源。

[0009] 基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频装置，包括双纵模激光器电源和激光管，所述双纵模激光器电源的正负极分别连接所述激光管的两端，所述激光稳频装置还包括导热壳体、导热胶层、柔性薄膜、热隔离板、散热层和激光稳频电路，所述激光稳频电路包括温度传感器、偏振分光镜、光功率转换电路、测温电路、A/D转换电路、柔性薄膜驱动电路、D/A转换器和微处理器，所述激光管嵌套在所述导热壳体配在所述热隔离层中，所述散热层靠近所述激光管两端的位置上各开有一透光孔，所述偏振分光镜设置在其中一个所述透光孔外，所述光功率转换电路设置在偏振分光镜的反射及折射光路上，所述光功率转换电路、A/D转换电路、微处理器、D/A转换器、柔性薄膜驱动电路和柔性薄膜依次连接，所述柔性薄膜、测温电路和A/D转换电路依次单向连接，所述温度传感器粘接在所述散热层外壁上，所述温度传感器与所述微处理器单向连接。

[0010] 进一步的，所述双纵模激光器电源，用于为所述激光管提供电能；

[0011] 所述激光管，用于向所述偏振分光镜输出激光；

[0012] 所述导热壳体，用于将来自所述导热胶层的热量传导至所述激光管上；

[0013] 所述导热胶层，用于将来自所述柔性薄膜的热量传导至所述导热壳体上；

[0014] 所述柔性薄膜，用于接收并根据所述柔性薄膜驱动电路的驱动信号对所述激光管进行温度控制；

[0015] 所述热隔离板，用于阻绝热隔离板内侧的热量耗散；

[0016] 所述散热层，用于与外界环境进行热交换，使所述激光管与外界环境更快达到热平衡状态；

[0017] 所述温度传感器，用于采集所述环境温度，并以电信号的形式传输给所述微处理器；

[0018] 所述偏振分光镜，用于反射及折射所述激光管发出的激光至所述光功率转换电路的光电转换器件上；

[0019] 所述光功率转换电路，用于将所述激光转换为光模拟信号并输出至所述A/D转换电路；

[0020] 所述测温电路，用于将所述柔性薄膜的温度模拟信号，并将所述温度模拟信号传输至所述A/D转换电路；

[0021] 所述A/D转换电路，用于将所述光模拟信号转换为光数字信号，将所述温度模拟信号转换为温度数字信号，并将所述光数字信号和温度数字信号传输至所述微处理器；

[0022] 所述柔性薄膜驱动电路，用于根据温控模拟信号输出相应的驱动信号至所述柔性薄膜；

[0023] 所述D/A转换器，用于将温控数字信号转换为温控模拟信号并输出至所述柔性薄膜驱动电路；

[0024] 所述微处理器，用于根据所述温度传感器传来的电信号、光数字信号和温度数字信号通过算法生成温控数字信号并传输至所述D/A转换器。

[0025] 进一步的，所述柔性薄膜为热均匀性好的材料。

[0026] 进一步的，所述导热壳体为高导热性材料。

[0027] 基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法，应用于上述的基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频装置，所述激光稳频方法包括以下步骤：

[0028] 步骤一、首先对柔性薄膜和测温电路组成的温度模块进行温度标定，利用集成的温度传感器测得当前环境的温度为T，A/D转换电路测出测温电路中放大器的输出电压为U，不断改变环境温度，测量多组温度与电压值，通过数据拟合得到温度与电压之间的关系系数为k，完成对柔性薄膜电压温度系数的标定；

[0029] 步骤二、将柔性薄膜和测温电路装配于激光器中，开启双纵模激光器电源，测得此时的测温电路中放大器的输出电压为U0，利用T0＝kU0，求出此时的环境温度为T0，将所述环境温度作为该环境状态下激光管的初始温度；

[0030] 步骤三、再次对激光器上电，重新采集该环境温度下激光管的初始温度值T’，预设稳频时整体激光管的温度为Tset，对每个温度值利用模式温度变化系数α以及稳频时的预设温度Tset计算出激光管在对应温度时达到预设温度时光功率应该变化的模式个数为ΔN0，将ΔN0作为整个激光管达到预设温度时光功率需要变化的模式个数；

[0031] 步骤四、利用稳频控制电路上的柔性薄膜驱动电路控制柔性薄膜对激光管加热，此时激光器进入预热阶段，利用两路光功率的变化记录整个激光管的模式变化数量，当模式变化数量达到Nset-ΔN时，结束预热过程，激光管进入稳频控制阶段；

[0032] 步骤五、在预热过程结束时，再次记录该时刻的温度T”，以该温度变化数据作为参考，对柔性薄膜进行控制，当激光管的温度达到预热的温度目标Tset时，激光管的模式变化数量达到N，此时激光管锁定了该模式，微处理器通过算法控制柔性薄膜的驱动电压对激光管的整体温度进行微调，使激光管的最终温度达到Tset，最终控制激光器达到高频率稳定度的状态。

[0033] 进一步的，ΔN小于Nset。

[0034] 本发明的主要优点是：

[0035] (1)本发明利用高导热的导热壳体装在激光管外部，消除了由于激光管材料不均匀性导致的激光管轴向和纵向的温度梯度问题，柔性薄膜外部装载热隔离层以及散热层，可以减小外界环境的温度变化对激光器的影响。除此之外，柔性薄膜作为激光管的温度传感元件，具有温感面积大的优点，可以整体测量激光管的实际温度，有效避免了由于外界环境温度变化或者激光管初始温度漂移导致的最终稳频温度节点不同的问题，该方法可以使激光器的频率复现性从10-8提升至10-9，这是区别于现有的技术创新点。

[0036] (2)本发明设计一种新型的柔性薄膜，激光器稳频判别时以温度为参考量，激光管预热以光功率为参考量，整个稳频过程综合了两者的优势，增强了系统的鲁棒性。其中，柔性薄膜与温度测量电路以及驱动电路可以同时实现加热和温度测量两部分的功能，执行温度测量功能时，由于柔性薄膜更靠近激光管，与传统激光器利用外部温度传感器相比，避免了由于热传递产生的热迟滞效应，为激光器的稳频算法提供实时准确的温度数据，这是区别于现有的技术创新点。

附图说明

[0037] 图1为本发明的基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频装置的原理示意图；

[0038] 图2为本发明的基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频装置的结构示意图；

[0039] 图3为图2中A-A向剖视图；

[0040] 图4为激光管内光功率模式变换图；

[0041] 图5为激光管内增益阈值与模式之间的关系图；

[0042] 图6为激光管热传导示意图；

[0043] 图7为测温电路示意图；

[0044] 图8为温度系数标定实验图；

[0045] 图9为激光管腔长与温度之间的关系图；

[0046] 图10为本发明装置中双纵模稳频激光器稳频过程的闭环控制系统示意图。

[0047] 其中，1为双纵模激光器电源、2为激光管、3为导热壳体、4为导热胶层、5为柔性薄膜、6为热隔离层、7为散热层、8为温度传感器、9为偏振分光镜、10为光功率转换电路、11为测温电路、12为A/D转换电路、13为柔性薄膜驱动电路、14为D/A转换器、15为微处理器。

具体实施方式

[0048] 下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

[0049] 参照图1-图3及图7所示，基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频装置，包括双纵模激光器电源1和激光管2，双纵模激光器电源1的正负极分别连接激光管2的两端，激光稳频装置还包括导热壳体3、导热胶层4、柔性薄膜5、热隔离板6、散热层7和激光稳频电路，激光稳频电路包括温度传感器8、偏振分光镜9、光功率转换电路10、测温电路11、A/D转换电路12、柔性薄膜驱动电路13、D/A转换器14和微处理器15，激光管2嵌套在导热壳体3内，导热壳体3、导热胶层4、柔性薄膜5和热隔离板6由内至外依次粘接，热隔离板6装配在热隔离层7中，散热层7靠近激光管2两端的位置上各开有一透光孔，偏振分光镜9设置在其中一个透光孔外，光功率转换电路10设置在偏振分光镜9的反射及折射光路上，光功率转换电路10、A/D转换电路12、微处理器15、D/A转换器14、柔性薄膜驱动电路13和柔性薄膜5依次连接，柔性薄膜5、测温电路11和A/D转换电路12依次单向连接，温度传感器8粘接在散热层7外壁上，温度传感器8与微处理器15单向连接。

[0050] 在本部分优选实施例中，双纵模激光器电源1，用于为激光管2提供电能；

[0051] 激光管2，用于向偏振分光镜9输出激光；

[0052] 导热壳体3，用于将来自导热胶层4的热量传导至激光管2上；

[0053] 导热胶层4，用于将来自柔性薄膜5的热量传导至导热壳体3上；

[0054] 柔性薄膜5，用于接收并根据柔性薄膜驱动电路13的驱动信号对激光管2进行温度控制；

[0055] 热隔离板6，用于阻绝热隔离板6内侧的热量耗散；

[0056] 散热层7，用于与外界环境进行热交换，使激光管2与外界环境更快达到热平衡状态；

[0057] 温度传感器8，用于采集环境温度，并以电信号的形式传输给微处理器15；

[0058] 偏振分光镜9，用于反射及折射激光管2发出的激光至光功率转换电路10的光电转换器件上；

[0059] 光功率转换电路10，用于将激光转换为光模拟信号并输出至A/D转换电路12；

[0060] 测温电路11，用于将柔性薄膜5的温度模拟信号，并将温度模拟信号传输至A/D转换电路12；

[0061] A/D转换电路12，用于将光模拟信号转换为光数字信号，将温度模拟信号转换为温度数字信号，并将光数字信号和温度数字信号传输至微处理器13；

[0062] 柔性薄膜驱动电路13，用于根据温控模拟信号输出相应的驱动信号至柔性薄膜5；

[0063] D/A转换器14，用于将温控数字信号转换为温控模拟信号并输出至柔性薄膜驱动电路13；

[0064] 微处理器15，用于根据温度传感器8传来的电信号、光数字信号和温度数字信号通过算法生成温控数字信号并传输至D/A转换器14。

[0065] 在本部分优选实施例中，柔性薄膜5为热均匀性好的材料。

[0066] 在本部分优选实施例中，导热壳体3为高导热性材料。

[0067] 基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频方法，应用于上述的基于温度自感知柔性薄膜加热器的激光稳频装置，激光稳频方法包括以下步骤：

[0068] 步骤一、首先对柔性薄膜5和测温电路11组成的温度模块进行温度标定，利用集成的温度传感器8测得当前环境的温度为T，A/D转换电路12测出测温电路11中放大器的输出电压为U，不断改变环境温度，测量多组温度与电压值，通过数据拟合得到温度与电压之间的关系系数为k，完成对柔性薄膜5电压温度系数的标定；

[0069] 步骤二、将柔性薄膜5和测温电路11装配于激光器中，开启双纵模激光器电源1，测得此时的测温电路11中放大器的输出电压为U0，利用T0＝kU0，求出此时的环境温度为T0，将环境温度作为该环境状态下激光管2的初始温度；

[0070] 步骤三、再次对激光器上电，重新采集该环境温度下激光管2的初始温度值T’，预设稳频时整体激光管2的温度为Tset，对每个温度值利用模式温度变化系数α以及稳频时的预设温度Tset计算出激光管2在对应温度时达到预设温度时光功率应该变化的模式个数为ΔN0，将ΔN0作为整个激光管2达到预设温度时光功率需要变化的模式个数；

[0071] 步骤四、利用稳频控制电路上的柔性薄膜驱动电路13控制柔性薄膜5对激光管2加热，此时激光器进入预热阶段，利用两路光功率的变化记录整个激光管2的模式变化数量，当模式变化数量达到Nset-ΔN时，结束预热过程，激光管2进入稳频控制阶段；

[0072] 步骤五、在预热过程结束时，再次记录该时刻的温度T”，以该温度变化数据作为参考，对柔性薄膜5进行控制，当激光管2的温度达到预热的温度目标Tset时，激光管2的模式变化数量达到N，此时激光管2锁定了该模式，微处理器15通过算法控制柔性薄膜5的驱动电压对激光管2的整体温度进行微调，使激光管2的最终温度达到Tset，最终控制激光器达到高频率稳定度的状态。

[0073] 在本部分优选实施例中，ΔN小于Nset。

[0074] 下面给出一个具体实施例：

[0075] 首先对柔性薄膜5的电压温度系数进行标定，其中柔性薄膜5所用的测温电路11如图7做所示，为了保证电阻温度之间的线性度，柔性薄膜5的材料一般为纯铜，其电阻温度系数为3‰，12欧姆的柔性薄膜5温度在变化1℃时其电阻会变化0.036欧姆。因为需要随温度变化的总阻值应该远小于柔性薄膜5随温度变化的阻值大小，所用的等效电阻R0为500欧姆。柔性薄膜5的电压温度变化的关系式为：

[0076]

[0077] 上述关系式的实际曲线如图8所示，由图中可以看出温度与柔性薄膜5端电压的变化呈线性关系，温度每变化0.1℃，电压变化0.1mV，由此得出该温度测量模块的电压温度系数，在利用柔性薄膜5进行实际的温度测量时，将电压经过放大器放大后经A/D转换电路12处理后由微处理器15采集后转化成该电压对应的温度值。

[0078] 装置实例开始工作时，开启双纵模激光器电源1，激光管2进入自由运转状态柔性薄膜5以及测温电路11对激光管2的温度进行采集，记为T，将该温度作为该环境状态下激光管2的初始温度，柔性薄膜5的温度传感器测量激光管2的整体温度变化ΔT以及该温度变化所对应的激光器光功率变化模式的数量ΔN，如图5为激光管2的模式变换数量与激光管2温度实际实验图像，由图像可知模式变化数量与激光管2的温度之间是线性关系，则温度变化系数α可以表示为：

[0079]

[0080] 当上述过程完成时，利用此时的温度值T’，预设稳频时整体激光管2的温度为Tset，对测得的温度值利用模式温度变化系数α以及稳频时的预设温度Tset计算出激光管2在对应温度时达到预设温度时光功率应该变化的模式个数ΔN表示为：

[0081] ΔN＝T’·α

[0082] 将ΔN作为整个激光管2达到预设温度时光功率需要变化的模式个数。该过程结束后，柔性薄膜驱动电路13以合适的驱动电压驱动柔性薄膜5，激光管2进入预热阶段，光功率转换电路10将双频光功率转换成电压信号，由A/D转换电路12进行信号转换，并由微处理器15对模式光功率模式变换进行识别，如图4为激光管2内的实际光功率电信号的模式变换图，光功率由一次最大值到下一次最大值过程为一个模式。当模式变化的数量达到当模式变化数量达到Nset-2时，结束预热过程，激光管2进入稳频控制阶段。

[0083] 如图6所示为激光管2的侧壁局剖图，柔性薄膜5给激光管2的热传递是沿轴向向里的，由于实际激光管2玻璃壳体存在非均匀性，因此在激光管2的外部加装了具有高导热性材料的导热壳体3，消除了由于激光管2受热不均匀造成的激光管2内部温度各部分不同的问题。

[0084] 图5为激光管2内增益阈值与模式之间的关系图，对于双频激光器，整个光频率增益的谱线有且仅有两个是有效的，如图10所示为本发明装置中双纵模稳频激光器稳频过程的闭环控制系统示意图，控制策略以温度为参考量，执行相应的算法给柔性薄膜5一定的驱动电压，控制激光管2的温度，达到控制激光管2腔长的目的，当激光管2的温度达到预热的温度目标Tset时，此时激光管2的模式变化数量达到Nset，双纵模激光管2达到高频率稳定度状态，微处理器15使能状态指示灯2，此时稳频工作过程完成，双纵模激光器频率稳定可用。

[0085] 图9为激光管2温度变化与频率漂移之间的关系，激光管2以石英玻璃为材料，其谐振腔间隔材料的线膨胀系数为α＝6×10-7/℃，因此频率漂移量与温度之间的关系满足式：

[0086]

[0087] 对于本发明的实际装置中所用的温度测量模块的测温精度为0.005℃，因此如果最终激光器稳频的温度工作点与预设温度Tset之间的相对温差控制在0.01℃以内，最终的最大频率相对漂移量为6×10-9，满足本发明最终对整体激光器高频率复现性的要求。