射頻波導CO2激光器頻率控制研究.pdf

1、射頻波導CO2激光器具有輸出功率大、能量轉化效率高、工作時間長、結構緊湊重量輕等特點，既可以實現(xiàn)連續(xù)輸出又可以高頻調制輸出，因此在紅外激光技術中得到廣泛應用。作為THz激光器的泵浦源，要求激光器絕對頻率具有很高的穩(wěn)定性，應用于激光雷達外差探測時，探測精度又取決于外差信號的頻率穩(wěn)定性，因此頻率控制研究對射頻波導CO2激光器應用具有重大意義。
　　目前大部分穩(wěn)頻方法都應用于穩(wěn)定連續(xù)激光器頻率，穩(wěn)定脈沖激光器的方法較少。此外，很多穩(wěn)頻和

2、偏頻鎖定方法都需要改變激光器構造或在激光諧振腔內放置探測裝置，操作復雜且造價較高。本文針對射頻波導CO2激光器建立了一套簡單數字電路穩(wěn)頻系統(tǒng)，無需改變激光器結構來穩(wěn)定脈沖激光器絕對頻率，同時也可鎖定兩激光器差頻。
　　本文采用一種新方法，即建立時間法來穩(wěn)定脈沖激光頻率，穩(wěn)頻系統(tǒng)不斷監(jiān)測脈沖激光的建立時間，通過調節(jié)激光器腔長控制脈沖激光建立時間，使輸出激光脈沖建立時間最小，從而達到穩(wěn)定激光頻率目的。采用拖尾鑒頻法來穩(wěn)定脈沖和連續(xù)激光

3、器差頻，系統(tǒng)通過改變本振激光器腔長來調整脈沖拖尾信號與連續(xù)信號的差頻頻率，將其穩(wěn)定預設頻率值處。
　　本文設計的頻率控制系統(tǒng)結構主要分為四大部分：將激光脈沖信號和差頻信號轉換為數字信號的頻率穩(wěn)定和偏頻鎖定濾波整形電路；利用可編程邏輯器件設計了測量脈沖建立時間計數器和測量差頻頻率的鑒頻器；用來進行數據處理并給出腔長調整方向信號的主控制器以及數模轉換輸出電路。軟件中根據激光器頻率穩(wěn)定度不同，分別設計了最值法和極值法兩種頻率穩(wěn)定算法，偏

4、頻鎖定采用了大概率均值濾波算法來減小鑒頻誤差。此外，系統(tǒng)中還設計了顯示模塊，可以實時顯示脈沖的建立時間值和差頻的頻率值，顯示周期為200ms。
　　采用此系統(tǒng)實施了射頻波導脈沖CO2激光器頻率穩(wěn)定實驗，實驗證明極值法適用于建立時間波動較大的激光器，較為穩(wěn)定的激光器需采用最值法，實驗用的激光器在建立時間最小時較穩(wěn)定，采用極值法容易失鎖，實驗測得最值法穩(wěn)定后脈沖激光的長期頻率變化范圍小于±12.5MHz。將射頻波導脈沖CO2激光器作為