CN115882325A - 一种中心波长锁定方法、装置及钠导星激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中心波长锁定方法、装置及钠导星激光器，其方法包括以下步骤：步骤S1，预设标准光源中心波长的基准数值及待锁定激光器的中心波长设定值；步骤S2，接收波长计测量的标准光源中心波长的测量值与待锁定激光器的中心波长测量值；步骤S3，将标准光源中心波长的测量值与其基准数值比较得到波长计测量偏差，基于波长计测量偏差对波长计进行测量校准；步骤S4，将待锁定激光器的中心波长测量值与其设定值比较，控制待锁定激光器的中心波长锁定于设定值上。本发明可实现波长计的自动校准且可保证其校准精度，提高校准效率，可满足激光器中心波长的可靠锁定要求。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，具体地说涉及一种中心波长锁定方法、装置及钠导星激光器。
背景技术
在激光与气体原子、分子等物质相互作用过程中，由于气体物质的特征光谱线宽很窄（根据气体物质温度不同，特征光谱线宽在kHz至GHz范围），为了实现激光与气体物质的有效作用，需精确调谐激光光源的中心波长与气体物质特征光谱严格匹配。而由于工作体制、环境等因素变化都会导致激光器输出中心波长漂移，在严格匹配激光光源的中心波长与气体物质特征光谱基础上，还需要长时间精确可靠锁定激光器中心波长。现有激光器中心波长锁定技术主要有双光路吸收光谱法、标准具干涉法、波长计探测锁定法。相对前两种锁定方法，采用波长计探测激光器输出中心波长，然后通过反馈控制实现中心波长精确锁定可实现不同波长高精度锁定要求，灵活满足不用激光与气体物质相互作用科学实验应用要求。
然而，采用波长计进行激光中心波长探测锁定，本身波长计作为计量仪器，其测量绝对精度需要人工定期校准，校准效率低，且人工校准容易出现误差，校准精度难以保证。
因此，现有技术需要进一步地改进和提高。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种中心波长自动锁定方法、装置及钠导星激光器，并提供如下技术方案：
一种中心波长锁定方法，其包括以下步骤：
步骤S1、预设标准光源中心波长的基准数值及待锁定激光器的中心波长设定值；
步骤S2、接收波长计测量的标准光源中心波长的测量值与待锁定激光器的中心波长测量值；
步骤S3、将标准光源中心波长的测量值与其基准数值比较得到波长计测量偏差，基于波长计测量偏差对波长计进行测量校准；
步骤S4，将待锁定激光器的中心波长测量值与其设定值比较，控制待锁定激光器的中心波长锁定于设定值上。
本发明进一步设置为：步骤S4中，将待锁定激光器的中心波长测量值与其设定值比较后，通过温度粗调谐和电流或者PZT精调谐方式反馈控制待锁定激光器的中心波长锁定在设定值上。
本发明进一步设置为：对波长计的测量环境进行控温。
本发明进一步设置为：对波长计的测量环境控温温度为20℃。
一种中心波长锁定装置，其包括标准光源、波长计、待锁定激光器及波长锁定控制器，波长计通过监测光纤分别与标准光源和待锁定激光器连接，波长计、标准光源和待锁定激光器分别与波长锁定控制器信号连接。
本发明进一步设置为：所述待锁定激光器设置多个，波长计为与各待锁定激光器对应设置的多通道波长计。
本发明进一步设置为：还包括用于对波长计进行控温的环控机构，波长计设置于环控机构内。
本发明进一步设置为：所述环控机构包括环控机箱，波长计设置于环控机箱内。
本发明进一步设置为：所述环控机构还包括保温绝热机构，保温绝热机构设置于环控机箱的内部和/或外部。
一种钠导星激光器，其包括上述所述的中心波长锁定装置。
综上所述，本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
（1）本发明可实现波长计的自动校准且可保证其校准精度，提高校准效率，可满足激光器中心波长的可靠锁定要求。
（2）本发明对波长计进行环境控温，减少环境温度对波长计测量精度的影响，结合标准光源对多通道波长计的自动定期校准，可实现激光器中心波长的长时间精确可靠锁定。
（3）本发明可通过设置多个待锁定激光器及对应多个待锁定激光器的多通道波长计，可实现多台激光器单一或者随机中心波长长时间精确可靠锁定要求，保证钠导星激光器在恶劣环境条件的大型天文台的正常应用。
（4）本发明结构简单，使用方便，测量可靠性高。
附图说明
图1是中心波长锁定装置的结构示意图；
图2是当环境温度为25℃时多通道波长计的工作温度波动曲线图；
图3是当环境温度为25℃时多通道波长计的波长测量值波动曲线图；
图4是当环境控温为20℃时多通道波长计的工作温度波动曲线图；
图5是当环境控温为20℃时多通道波长计的波长测量值波动曲线图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
一种中心波长锁定方法，其包括以下步骤：
步骤S1，预设标准光源中心波长的基准数值及待锁定激光器的中心波长设定值；
步骤S2，接收波长计测量的标准光源中心波长的测量值与待锁定激光器的中心波长测量值；
步骤S3，将标准光源中心波长的测量值与其基准数值比较得到波长计测量偏差，基于波长计测量偏差对波长计进行测量校准；
步骤S4，将待锁定激光器的中心波长测量值与其设定值比较，控制待锁定激光器的中心波长锁定于设定值上。
通过该中心波长锁定方法可实现波长计的自动校准且可保证其校准精度，提高校准效率，可满足激光器中心波长的可靠锁定要求；可实现定期校准。定期校准周期可根据波长计型号（对应测量精度）和使用环境条件设定，测量精度要求越高、使用环境越恶劣，定期校准周期越短。
具体的，其自动定期校准的控制逻辑是控制器检测到需要执行波长计校准信号时，将波长计测量的标准光源中心波长测量值与标准光源中心波长的基准数值比较，得到波长计的测量偏差，从而实现波长计的测量精度校准。
进一步地，步骤S4中，将待锁定激光器的中心波长测量值与其设定值比较后，通过温度粗调谐和电流或者PZT精调谐方式反馈控制待锁定激光器的中心波长锁定在设定值上。
进一步地，对波长计的测量环境进行控温，通过对波长计的测量环境进行控温，以降低测量环境对波长计的测量精度的影响，提高波长计测量值的精确性及可靠性。
进一步地，对波长计的测量环境控温温度为20℃，该测量环境温度可保证波长计在测量过程中受测量环境的影响较小，保证波长计测量值的准确性及可靠性。
基于上述中心波长锁定方法，如图1所示，本发明还提出了一种中心波长锁定装置，包括标准光源、波长计、待锁定激光器及波长锁定控制器，波长计通过监测光纤分别与标准光源和待锁定激光器连接，波长计、标准光源和待锁定激光器分别与波长锁定控制器信号连接。
进一步地，待锁定激光器设置多个，波长计为与各待锁定激光器对应设置的多通道波长计。通过设置多个待锁定激光器及对应多个待锁定激光器的多通道波长计，可实现多台激光器单一或者随机中心波长长时间精确可靠锁定要求，保证钠导星激光器在恶劣环境条件的大型天文台的正常应用。
进一步地，该中心波长锁定装置还包括用于对波长计进行控温的环控机构，波长计设置于环控机构内。通过设置环控机构对波长计的测量环境进行控温，减少环境温度对波长计测量精度的影响，结合标准光源对多通道波长计的自动定期校准，可实现激光器中心波长的长时间精确可靠锁定。
进一步地，环控机构包括环控机箱，波长计设置于环控机箱内。环控机箱用于固定放置多通道波长计和标准光源，环控机箱优选采用循环水或者半导体TEC进行主动控温，通过主动控温实现工作小环境快速达到稳定平衡状态。
进一步地，环控机构还包括保温绝热机构，保温绝热机构设置于环控机箱的内部和/或外部，通过保温绝热机构进一步提高多通道波长计和标准光源工作环境稳定性。
一种钠导星激光器，其包括上述的中心波长锁定装置。
下面结合具体的实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1：
一种中心波长锁定装置，包括多通道波长计、标准光源、环控机构、待锁定激光器1至待锁定激光器N及波长锁定控制器，其中本实施例中N=3。多通过波长计与标准光源通过监测光纤连接，多通道波长计通过监测光纤分别与标准光源和待锁定激光器1至待锁定激光器3连接，多通道波长计、标准光源和待锁定激光器1至待锁定激光器3分别与波长锁定控制器信号连接。
具体的，多通道波长计通过监测光纤测量待锁定激光器1至待锁定激光器3的中心波长以及标准光源的中心波长。
波长锁定控制器根据测量得到的标准光源的中心波长可实现多通道波长计的自动定期校准，同时控制多通道波长计实现待锁定激光器1至待锁定激光器3的中心波长反馈锁定。使用时，预先在波长锁定控制器内设置根据测量得到的标准光源的中心波长对多通道波长计的自动定期校准程序及反馈锁定程序。
具体的，多通道波长计和标准光源放置于环控机构中进行主动控温，实现工作小环境的稳定性和工作中中心波长锁定的可靠性。结合标准光源对多通道波长计的自动定期校准和环控机箱的主动控温，该装置可实现激光器中心波长的长时间精确可靠锁定。
环控机箱内设置有通水冷板，将多通道波长计固定于通水冷板上，通水冷板外接恒温工作制冷机，恒温工作制冷机可将温度设定为20℃，保证多通道波长计的环境温度控制在20℃，从而实现对多通道波长计的控温。
具体的，多通道波长计和标准光源分别选用商用WS7波长计以及商用He-Ne气体激光标准光源，根据需要匹配选择多通道波长计的测量精度和标准光源的绝对精度为MHz量级，同时根据待锁定激光器数量选择波长计测量通道数为四通道。
具体的，待锁定激光器1和待锁定激光器2均为固体钠导星激光器、中心波长设置锁定在钠原子D2a精细谱线上，待锁定激光器3为半导体钠导星激光器、中心波长设置锁定在钠原子D2b精细谱线上。
下面对多通道波长计进行温度测试试验：
1、多通道波长计温度波动和中心波长测量漂移受环境影响测试试验
将多通道波长计与632nm标准光源置于温度为25℃的外界环境中；
观察多通道波长计受环境温度的影响，测试结果如图2所示，图2中横坐标为时间（min），纵坐标为温度（℃）。由图2可知，多通道波长计起始工作温度约为20.3℃，在工作1小时后其工作温度几乎线性增加至22.8℃，波动2.5℃；
同步采用多通道波长计测量632nm标准光源的中心波长，测试结果如图3所示，图3中横坐标为时间（min），纵坐标为波长（nm）。由图3可知，受外界环境温度的影响，其测量波长值随时间的变化有小幅度波动，其测量波长最小值为632.99132nm，测量波长最大值为632.99137nm，PV值为50fm，RMS值为14fm。
2、通水温控后多通道波长计的温度波动和中心波长测量漂移测试试验
将多通道波长计固定在环控机箱内的通水冷板上，通水冷板连接恒温工作制冷机，恒温工作制冷机的工作温度为20℃，观察多通道波长计在恒温工作环境下的工作性能，测试结果如图4所示，图4中横坐标为时间（h），纵坐标为温度（℃）。由图4可知，多通波长计的起始工作温度约20.44℃，在工作2小时后其工作温度降至20.34℃，波动0.1℃，波动范围小；
同步采用多通道波长计测量632nm标准光源中心波长，测试结果如图5所示，图5中横坐标为时间（h），纵坐标为波长（nm）。由图5可知，多通道波长计工作稳定，其测量波长最小值为632.99135nm，其测量波长最大值为632.99136nm，PV值为10fm，RMS值为1fm。
上述测试试验结果表明，将多通道波长计与标准光源进行外界环境控温，结合标准光源对多通道波长计的自动定期校准，可实现激光器中心波长的长时间精确可靠锁定，结构简单紧凑。
以上已将本发明做一详细说明，以上，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种中心波长锁定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，预设标准光源中心波长的基准数值及待锁定激光器的中心波长设定值；
步骤S2，接收波长计测量的标准光源中心波长的测量值与待锁定激光器的中心波长测量值；
步骤S3，将标准光源中心波长的测量值与其基准数值比较得到波长计测量偏差，基于波长计测量偏差对波长计进行测量校准；
步骤S4，将待锁定激光器的中心波长测量值与其设定值比较，控制待锁定激光器的中心波长锁定于设定值上。
2.根据权利要求1所述的中心波长锁定方法，其特征在于，步骤S4中，将待锁定激光器的中心波长测量值与其设定值比较后，通过温度粗调谐和电流或者PZT精调谐方式反馈控制待锁定激光器的中心波长锁定在设定值上。
3.根据权利要求1所述的中心波长锁定方法，其特征在于，对波长计的测量环境进行控温。
4.根据权利要求3所述的中心波长锁定方法，其特征在于，对波长计的测量环境控温温度为20℃。
5.一种中心波长锁定装置，其特征在于，包括标准光源、波长计、待锁定激光器及波长锁定控制器，波长计通过监测光纤分别与标准光源和待锁定激光器连接，波长计、标准光源和待锁定激光器分别与波长锁定控制器信号连接。
6.根据权利要求5所述的中心波长锁定装置，其特征在于，所述待锁定激光器设置多个，波长计为与各待锁定激光器对应设置的多通道波长计。
7.根据权利要求5所述的中心波长锁定装置，其特征在于，还包括用于对波长计进行控温的环控机构，波长计设置于环控机构内。
8.根据权利要求7所述的中心波长锁定装置，其特征在于，所述环控机构包括环控机箱，波长计设置于环控机箱内。
9.根据权利要求8所述的中心波长锁定装置，其特征在于，所述环控机构还包括保温绝热机构，保温绝热机构设置于环控机箱的内部和/或外部。
10.一种钠导星激光器，其特征在于，包括上述权利要求5-9任一项所述的中心波长锁定装置。
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