本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于輔助激光的激光功率穩(wěn)定裝置。

背景技術(shù)：

激光功率穩(wěn)定是一項重要的技術(shù)，在引力波探測、光頻率標(biāo)準(zhǔn)、光纖陀螺等精密測量領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。

目前典型的激光功率穩(wěn)定裝置采用如圖1中所示，其中1-壓控執(zhí)行器件，2-分光器件，3-環(huán)內(nèi)光電探測器，4-減法器，5-參考電壓，6-伺服電路。圖中實線代表光路，虛線代表電路。

從圖1可以看出，激光功率穩(wěn)定需采用分光器件將激光分為兩路，一路用于閉環(huán)反饋控制(環(huán)內(nèi))，另一路(環(huán)外)輸出用于測量等應(yīng)用，對激光實施功率穩(wěn)定最根本的目的是要實現(xiàn)環(huán)外激光功率的穩(wěn)定。然而此種類型激光功率穩(wěn)定裝置直接穩(wěn)定的是環(huán)內(nèi)的光功率，反饋控制系統(tǒng)可以對激光光源的噪聲進(jìn)行有效地抑制，但對分光器件分光比的變化引起的環(huán)外激光功率波動無能為力。

典型光功率穩(wěn)定裝置框圖如圖2所示。p為光源光功率，r為分光器件反射系數(shù)，t為分光器件透射系數(shù)，gp為環(huán)內(nèi)光電探測器增益，gs為伺服電路增益。

設(shè)進(jìn)入分光器件前光功率為f，則有

(frgp-vref)gs＝p-f(1)

其中vref為參考電壓；

可解出

則環(huán)內(nèi)(反射)光功率為

由上式可以看出，在此反饋系統(tǒng)中，盡量提高伺服電路增益gs，可有效壓制光源功率p波動的影響。若gs→∞，則pr→vref/gp，可見系統(tǒng)控制的效果就是讓pd1輸出的電信號牢牢地鎖在參考電壓上，從而實現(xiàn)光功率的穩(wěn)定。對于環(huán)外，則有

若gs→∞，則pt→tvref/rgp?？梢?，提高環(huán)路增益可以有效壓制光源功率噪聲的影響，但對于環(huán)外激光功率而言，其穩(wěn)定性還受分光器件分光比的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于輔助激光的激光功率穩(wěn)定裝置，除對輸入光源功率進(jìn)行有效穩(wěn)定外，還可有效抑制分光器件分光比的變化引起的環(huán)外激光功率波動。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種基于輔助激光的激光功率穩(wěn)定裝置，包括壓控執(zhí)行器件、分光器、環(huán)內(nèi)光電探測器、減法器、參考電壓及伺服電路，經(jīng)壓控執(zhí)行器件輸出的激光經(jīng)分光器分成兩束；其中，

該裝置還包括輔助激光器，輔助路反射端光電探測器，輔助路透射端光電探測器及乘除法器；所述輔助激光器發(fā)射與輸入激光平行的輔助激光，并入射至所述分光器件；所述輔助路反射端光電探測器和輔助路透射端光電探測器分別位于輔助激光經(jīng)分光器件反射與透射后的光路上；所述環(huán)內(nèi)光電探測器位于輸入激光經(jīng)分光器件反射或透射后的光路上，輸入激光經(jīng)分光器件反射或透射后未進(jìn)入環(huán)內(nèi)光電探測器的光束作為本裝置的輸出；所述乘除法器的三個輸入口分別與環(huán)內(nèi)光電探測器、輔助路反射端光電探測器及輔助路透射端光電探測器的輸出端相連；所述減法器的兩輸入端分別連接參考電壓和乘除法器的輸出端，減法器的輸出端連接伺服電路；所述伺服電路與壓控執(zhí)行器件相連。

進(jìn)一步地，本發(fā)明當(dāng)所述環(huán)內(nèi)光電探測器位于輸入激光經(jīng)分光器件反射后的光路上時；輸入激光經(jīng)分光器件透射后的光束作為輸出光束；

所述乘除法器三個輸入口中的兩個乘法輸入口分別與環(huán)內(nèi)光電探測器和輔助路透射端光電探測器的輸出端相連，所述乘除法器三個輸入口中的除法輸入口與輔助路反射端光電探測器相連。

進(jìn)一步地，本發(fā)明當(dāng)所述環(huán)內(nèi)光電探測器位于輸入激光經(jīng)分光器件透射后的光路上時；輸入激光經(jīng)分光器件反射后的光束作為輸出光束；

所述乘除法器三個輸入口中的兩個乘法輸入口分別與環(huán)內(nèi)光電探測器和輔助路反射端光電探測器的輸出端相連，所述乘除法器三個輸入口中的除法輸入口與輔助路透射端光電探測器相連。

有益效果：

本發(fā)明利用輔助激光實時測量出分光器件的分光比，并將其送入反饋控制環(huán)路，除對輸入光源功率進(jìn)行有效穩(wěn)定外，還可有效抑制分光器件分光比的變化引起的環(huán)外激光功率波動。本發(fā)明適用于激光精密測量領(lǐng)域，尤其適用于外界條件難以保證分光器件分光比穩(wěn)定的環(huán)境中進(jìn)行的激光精密測量。

附圖說明

圖1為典型的光功率穩(wěn)定裝置示意圖。

其中1-壓控執(zhí)行器件，2-分光器件，3-環(huán)內(nèi)光電探測器，4-減法器，5-參考電壓，6-伺服電路。圖中實線代表光路，虛線代表電路。

圖2為典型的光功率穩(wěn)定裝置反饋系統(tǒng)框圖。

圖3為本發(fā)明的光功率穩(wěn)定裝置示意圖。

其中1-壓控執(zhí)行器件，2-分光器件，3-環(huán)內(nèi)光電探測器，4-減法器，5-參考電壓，6-伺服電路，7-輔助激光器，8-輔助路反射端光電探測器，9-輔助路透射端光電探測器，10-乘除法器。圖中實線代表光路，虛線代表電路。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

參見圖3，本發(fā)明一種基于輔助激光的光功率穩(wěn)定裝置，包括壓控執(zhí)行器件1、分光器2、環(huán)內(nèi)光電探測器3、減法器4、參考電壓5及伺服電路6，經(jīng)壓控執(zhí)行器件1輸出的激光經(jīng)分光器2分成兩束；本發(fā)明激光功率穩(wěn)定裝置還包括輔助激光器7、輔助路反射端光電探測器8、輔助路透射端光電探測器9及乘除法器10，所述輔助激光器7發(fā)射與輸入激光平行的激光，并入射至所述分光器件2；所述輔助路反射端光電探測器8和輔助路透射端光電探測器9分別位于輔助激光經(jīng)分光器件2反射與透射后的光路上；所述環(huán)內(nèi)光電探測器3位于輸入激光經(jīng)分光器件2反射或透射后的光路上，輸入激光經(jīng)分光器件2反射或透射后未進(jìn)入環(huán)內(nèi)光電探測器3的光束作為本裝置的輸出；所述環(huán)內(nèi)光電探測器3、輔助路反射端光電探測器8以及輔助路透射端光電探測器9輸出的三路電信號輸入至乘除法器10；所述乘除法器10輸出端連接減法器4的一輸入端；所述減法器4的另一輸入端連接參考電壓5；所述減法器4的輸出端連接伺服電路6；伺服電路6的輸出端與所述壓控執(zhí)行器件1連接。

如圖3所示，設(shè)輸入激光經(jīng)分光器件2反射的功率為pa，透射的功率為pb；輔助激光經(jīng)分光器件2反射的功率為pc，透射的功率為pd。則有其中r,t分別是反射系數(shù)和透射系數(shù)。若以分光器件2的透射端作為本裝置的輸出端，即pb輸出，pa進(jìn)入反饋環(huán)路，由于所以乘除法器中除法輸入口輸入的是輔助路反射端光電探測器8輸出的電信號，即pc。若以分光器件2的反射端作為本裝置的輸出端，即pa輸出，pb進(jìn)入反饋環(huán)路，由于那么這時進(jìn)入乘除法器的除法輸入口的是輔助路透射端光電探測器9輸出的電信號，即pd。

如圖3所示，乘除法器10的兩個乘法輸入端口，設(shè)為輸入1、輸入2，一個除法輸入端口，設(shè)為輸入3，以及一個輸出端口。輸出端口輸出的電壓與輸入電壓的關(guān)系為：輸出∝輸入1×輸入2÷輸入3。當(dāng)所述環(huán)內(nèi)光電探測器3位于輸入激光經(jīng)分光器件2反射后的光路上時；輸入激光經(jīng)分光器件2透射后的光束作為輸出光束；所述環(huán)內(nèi)光電探測器3輸入的電信號與所述輔助路透射端光電探測器9輸出的電信號接入所述乘除法器的乘法輸入端口，所述輔助路反射端光電探測器8輸出的電信號接入所述乘除法器的除法輸入端口。當(dāng)所述環(huán)內(nèi)光電探測器3位于輸入激光經(jīng)分光器件2透射后的光路上時；輸入激光經(jīng)分光器件2反射后的光束作為輸出光束；所述乘除法器10三個輸入口中的兩個乘法輸入口分別與環(huán)內(nèi)光電探測器3和輔助路反射端光電探測器8的輸出端相連，所述乘除法器10三個輸入口中的除法輸入口與輔助路透射端光電探測器8相連。

下面以環(huán)內(nèi)光電探測器3位于輸入激光經(jīng)分光器件2反射后的光路上，輸入激光經(jīng)分光器件2透射后的光束作為輸出光束這一情況為例，對本發(fā)明工作過程及原理進(jìn)行分析：

本發(fā)明的工作過程如下：輸入激光經(jīng)壓控執(zhí)行器件1后到達(dá)分光器件2，一部分激光經(jīng)分光器件2反射后進(jìn)入環(huán)內(nèi)光電探測器3，另一部分激光經(jīng)分光器件2透射后作為本裝置的輸出；輔助激光器7發(fā)射的輔助激光一部分經(jīng)分光器件2反射進(jìn)入輔助路反射端光電探測器8，另一部分經(jīng)分光器件2透射進(jìn)入輔助路透射端光電探測器9；環(huán)內(nèi)光電探測器3輸出的電壓在乘除法器10處與輔助路透射端光電探測器9輸出的電壓相乘，并除以輔助路反射端光電探測器8輸出的電壓；上述操作得到的電信號在減法器4處與參考電壓5作差得到誤差信號，誤差信號經(jīng)伺服電路6放大后接入壓控執(zhí)行器件對輸入激光進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)本裝置輸出激光的穩(wěn)定，并可有效抑制分光器件分光比變化帶來的輸出激光波動。

具體分析如下：

設(shè)輸入激光功率為p，經(jīng)壓控執(zhí)行器件1后功率為f，分光器件2的反射系數(shù)為r，透射系數(shù)為t，環(huán)內(nèi)光電探測器3的增益為gp，則環(huán)內(nèi)光電探測器3輸出的電壓為frgp；設(shè)輔助激光功率為p1，輔助路反射端光電探測器8的增益為gpr與輔助路透射端光電探測器9的增益為gpt，則輔助路反射端光電探測器8輸出的電壓為p1rgpr，輔助路透射端光電探測器9輸出的電壓為p1tgpt；經(jīng)乘除法器10處理后，輸出電壓為k×frgp×p1tgpt÷p1rgpr＝k'ftgp，其中k為乘除法器10的固定比例系數(shù)，k'＝kgpt/gpr；設(shè)參考電壓為vref，伺服電路增益為gs，則可建立環(huán)路方程為：

[k'ftgp-vref]gs＝p-f

可得到：

則本裝置輸出端光功率為：

令gs→∞，則pt→vref/k'gp，可見若伺服電路增益足夠大，則環(huán)外光功率與分光器件的反射、透射系數(shù)無關(guān)。

綜上所述，本發(fā)明利用輔助激光實時測量出分光器件的分光比，并將其送入反饋控制環(huán)路，除對輸入光源功率進(jìn)行有效穩(wěn)定外，還可有效抑制分光器件分光比的變化引起的環(huán)外激光功率波動。本發(fā)明適用于激光精密測量領(lǐng)域，尤其適用于外界條件難以保證分光器件分光比穩(wěn)定的環(huán)境中進(jìn)行的激光精密測量。