智能双纵模激光稳频系统的研究

白燕羽，朱璐莱，吕小强，张 涛

（四川大学激光应用研究所，四川 成都 610065）

0引言

激光稳频技术是基础科学研究的重要工具，也是尖端科学的关键组成部分，在现代科学技术中发挥着越来越重要的作用。由于双纵模热稳频方法具有成本低、稳频装置简单且又可达到与传统塞曼型稳频激光器同一量级的稳频精度的优点，因而得到了较为广泛的应用。在这种方法中，目前大多采用PID方式控制激光管的放电电流或者绕在激光器上电阻丝电流的变化，以达到稳定激光管谐振腔长度进而稳定激光频率的目的。但传统的PID控制方式存在反应速度慢、滞后性大、精度不高、灵活度低的缺点。该文介绍一种嵌入式智能控制实现激光稳频的控制电路系统，可灵活应用于多种场合，既能满足精度要求，同时又大大提高了系统的响应速度[1-2]。

1 系统设计

1.1 稳频的基本原理

一定长度的激光器谐振腔，谐振腔中可能出现几个纵模。每一纵模都是线偏振光，而且两相邻纵模的偏振方向相互垂直。纵模间距计算公式为

式中：c——光在真空中传播的速度；

n——空气的折射率；

L——谐振腔总的光学长度[3]。

图1为内腔式He-Ne激光器的增益曲线及纵模模式。由图可知，只要选定激光器等离子管的合适长度（10～30cm），就可以使Q值以上的增益曲线只包含2个纵模，其频率分别为Vq、Vq+1，且使它们在增益曲线上位置对称。由于Vq和Vq+1远离增益曲线的最大值点，所以激光工作物质在Vq和Vq+1处的色散较弱，由此引起的频率牵移误差较小，并且左右对称[4]。……