Power stability controller for collimating-light source based on scanlab

XIAO Lan; YUAN Yinlin; WENG Jianwen; MENG Fangang; KANG Qing; LI Jianjun

doi:10.37188/OPE.20223024.3189

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Power stability controller for collimating-light source based on scanlab

Micro/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2022-12-27

- Power stability controller for collimating-light source based on scanlab
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 24, Pages: 3189-3197(2022)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室，安徽合肥 230031
  2.中国科学技术大学，安徽合肥 230026
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223024.3189
  CLC： TN242
- Received：17 June 2022，
  
  Revised：01 August 2022，
  
  Published：25 December 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
肖岚,袁银麟,翁建文等.基于振镜的准直光源功率稳定控制器[J].光学精密工程,2022,30(24):3189-3197.

XIAO Lan,YUAN Yinlin,WENG Jianwen,et al.Power stability controller for collimating-light source based on scanlab[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(24):3189-3197.
肖岚,袁银麟,翁建文等.基于振镜的准直光源功率稳定控制器[J].光学精密工程,2022,30(24):3189-3197. DOI： 10.37188/OPE.20223024.3189.

XIAO Lan,YUAN Yinlin,WENG Jianwen,et al.Power stability controller for collimating-light source based on scanlab[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(24):3189-3197. DOI： 10.37188/OPE.20223024.3189.

摘要

针对特殊准直光源的稳定性控制需求，提出一种基于振镜的激光功率稳定控制方法。将石英片与振镜连接固定，采用入射光角度与透过率的关系作为信号调节原理，当振镜带动石英片旋转时，对石英片透射的光信号大小进行调节。基于菲涅尔定律，开展平板玻璃旋转角度与透过率参数分析，论证旋转角度范围等参数，为实现光源的功率稳定提供输出参数支持。利用监视反馈探测器进行实时数据监测和反馈。通过PID算法，对监视探测器信号与参考调节功率对应电压的误差进行调制，实现对振镜输出角度的准确调节。采用该功率稳定器对He-Ne 632.8 nm激光器进行了稳功率实验，并采用Trap探测器进行功率输出的实验验证。试验结果表明：经过功率稳定控制后的激光器稳定性：其标准离差率

为0.016%（1 800 s），其峰峰起伏

为±0.042%（1 800 s）。峰峰起伏

降至激光器自由运行时约为1/8.79，标准离差率

改善1/13.76，稳定性得到了较好的改进。

Abstract

Herein， a method based on Scanlab is proposed to satisfy the technical stability requirements of special collimating light sources. The relation between the angle of incidence and transmittance is used as the principle of signal regulation. A quartz plate is fixed with Scanlab， and the transmittance of quartz is adjusted when Scanlab rotates. Real-time data feedback is recorded using a monitoring detector. To achieve power stability of the light source， the rotation angle， transmittance parameters of quartz， and angular range are analyzed based on Fresnel's law. A proportional-integral-derivative algorithm is used to modulate the error in the signal of the monitoring detector and the voltage corresponding to the reference power to accurately adjust the output of Scanlab. A stabilizer is used to control the power of a He-Ne 632.8 nm laser， and a trap detector is used to verify the level of power stability. The experimental results pertaining to the stability of the laser after modulation are as follows： The standard deviation CV is 0.016% （1 800 s）， and the peak-to-peak fluctuation SV is ±0.042% （1 800 s）. Compared with the free-running result， SV and CV are improved by factors of 8.79 and 13.76， respectively， and the power stability of the laser is enhanced.

关键词

Keywords

references

吴俊，舒岳阶，曹师宝，等 . 基于激光入射光斑识别的非接触式波高测量［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 9 ）： 2065 - 2074 . doi: 10.37188/OPE.20212909.2065 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212909.2065

WU J ， SHU Y J ， CAO SH B ， et al . Non-contact wave height measurement method based on laser incident spot recognition ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 9 ）： 2065 - 2074 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212909.2065 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212909.2065

吴志峰，代彩红，赵伟强，等 . 基于可调谐激光的光谱辐射照度响应度定标［J］. 光谱学与光谱分析， 2021 ， 41 （ 3 ）： 853 - 857 . doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2021)03-0853-05 http://dx.doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2021)03-0853-05

WU ZH F ， DAI C H ， ZHAO W Q ， et al . Spectral irradiance responsivity calibration using tunable lasers ［J］. Spectroscopy and Spectral Analysis ， 2021 ， 41 （ 3 ）： 853 - 857 . （in Chinese） . doi: 10.3964/j.issn.1000-0593(2021)03-0853-05 http://dx.doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2021)03-0853-05

李健军，郑小兵，卢云君，等 . 硅陷阱探测器在350—1064nm波段的绝对光谱响应度定标［J］. 物理学报， 2009 ， 58 （ 9 ）： 6273 - 6278 . doi: 10.3321/j.issn:1000-3290.2009.09.062 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-3290.2009.09.062

LI J J ， ZHENG X B ， LU Y J ， et al . Accurate calibration of the spectral responsivity of silicon trap detectors between 350nm and 1064nm ［J］. Acta Physica Sinica ， 2009 ， 58 （ 9 ）： 6273 - 6278 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1000-3290.2009.09.062 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-3290.2009.09.062

王君立，尹福昌，宋正勋，等 . 高稳定输出功率的全固态激光器［J］. 发光学报， 2011 ， 32 （ 8 ）： 830 - 833 .

WANG J L ， YIN F CH ， SONG ZH X ， et al . An all-solid-state laser with high stability output power ［J］. Chinese Journal of Luminescence ， 2011 ， 32 （ 8 ）： 830 - 833 . （in Chinese）

王琪，郭锦锦，陈伟，等 . 功率稳定且波长可调谐的窄线宽分布式反馈半导体激光器［J］. 中国激光， 2017 ， 44 （ 1 ）： 178 - 184 . doi: 10.3788/CJL201744.0101004 http://dx.doi.org/10.3788/CJL201744.0101004

WANG Q ， GUO J J ， CHEN W ， et al . Widely tunable distributed feedback semiconductor lasers with constant power and narrow linewidth ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2017 ， 44 （ 1 ）： 178 - 184 . （in Chinese） . doi: 10.3788/CJL201744.0101004 http://dx.doi.org/10.3788/CJL201744.0101004

MURAKAMI A ， OHTSUBO J ， LIU Y . Stability analysis of semiconductor laser with phase-conjugate feedback ［J］. IEEE Journal of Quantum Electronics ， 1997 ， 33 （ 10 ）： 1825 - 1831 .

BALAKSHY V I ， KUZNETSOV Y I ， MANTSEVICH S N ， et al . Dynamic processes in an acousto-optic laser beam intensity stabilization system ［J］. Optics & Laser Technology ， 2014 ， 62 ： 89 - 94 . doi: 10.1016/j.optlastec.2013.12.025 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2013.12.025

WEI Z M ， LU G F ， YANG K Y ， et al . A digital intensity stabilization system for HeNe laser ［J］. Optics & Laser Technology ， 2012 ， 44 （ 1 ）： 63 - 66 .

MA Y F ， ZHANG J W ， LI H ， et al . High stable electro-optical cavity-dumped Nd： YAG laser ［J］. Laser Physics Letters ， 2012 ， 9 （ 8 ）： 561 - 563 .

LIU F ， WANG C ， LI L F ， et al . Long-term and wideband laser intensity stabilization with an electro-optic amplitude modulator ［J］. Optics & Laser Technology ， 2013 ， 45 ： 775 - 781 .

BERNARD V ， DAUSSY C ， NOGUES G ， et al . CO/sub 2/laser stabilization to 0.1-Hz level using external electrooptic modulation ［J］. IEEE Journal of Quantum Electronics ， 1997 ， 33 （ 8 ）： 1282 - 1287 . doi: 10.1109/3.605548 http://dx.doi.org/10.1109/3.605548

TAI Z Y ， YAN L L ， ZHANG Y Y ， et al . An electro-optic modulator with ultra-low residual amplitude modulation ［C］. 2016 European Frequency and Time Forum （EFTF）. York. IEEE ， 2016 ： 1 - 3 .

KWEE P ， WILLKE B ， DANZMANN K . Laser power stabilization using optical ac coupling and its quantum and technical limits ［J］. Applied Optics ， 2009 ， 48 （ 28 ）： 5423 - 5431 .

高苗，邵晓鹏，王琳，等 . 基于声光调制的中波红外激光功率稳定系统［J］. 红外与激光工程， 2015 ， 44 （ 7 ）： 1975 - 1979 . doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2015.07.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2276.2015.07.002

GAO M ， SHAO X P ， WANG L ， et al . Power stabilization system of medium wave infrared laser based on acousto-optic modulator ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2015 ， 44 （ 7 ）： 1975 - 1979 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2015.07.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2276.2015.07.002

张树宏，云恩学，杨涛，等 . 用于原子钟的半导体激光器功率稳定研究［J］. 光子学报， 2021 ， 50 （ 9 ）： 160 - 166 . doi: 10.3788/gzxb20215009.0914002 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20215009.0914002

ZHANG SH H ， YUN E X ， YANG T ， et al . Power stability of a semiconductor laser used in atomic clocks ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2021 ， 50 （ 9 ）： 160 - 166 . （in Chinese） . doi: 10.3788/gzxb20215009.0914002 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20215009.0914002

姚和军，吕正，李在清 . 高精度激光束功率稳定器的研究［J］. 计量学报， 2000 （ 3 ）： 161 - 166 . doi: 10.3321/j.issn:1000-1158.2000.03.001 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-1158.2000.03.001

YAO H J ， LÜ ZH ， LI Z Q . Study on high precision laser beam power stabilizer ［J］. Acta Metrologica Sinica ， 2000 （ 3 ）： 161 - 166 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1000-1158.2000.03.001 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1000-1158.2000.03.001

李克武，王志斌，张瑞，等 . 沿光轴通光的LiNbO 3 的横向电光调制特性［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 5 ）： 1227 - 1232 . doi: 10.3788/OPE.20152305.1227 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20152305.1227

LI K W ， WANG ZH B ， ZHANG R ， et al . LiNbO 3 transverse electro-optical modulation characteristics for light pass along optical axis ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2015 ， 23 （ 5 ）： 1227 - 1232 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20152305.1227 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20152305.1227

李永倩，孟祥腾，安琪，等 . 电光调制器自适应偏振控制系统设计与实现［J］. 红外与激光工程， 2015 ， 44 （ 6 ）： 1854 - 1858 . doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2015.06.033 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2276.2015.06.033

LI Y Q ， MENG X T ， AN Q ， et al . Design and implementation of electro-optic modulator adaptive polarization control system ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2015 ， 44 （ 6 ）： 1854 - 1858 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2015.06.033 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2276.2015.06.033

宋哲，刘立人，周煜，等 . 入射光偏振方向对LiNbO 3 晶体近光轴电光调制的影响［J］. 中国激光， 2005 ， 32 （ 3 ）： 319 - 322 . doi: 10.3321/j.issn:0258-7025.2005.03.006 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0258-7025.2005.03.006

SONG ZH ， LIU L R ， ZHOU Y ， et al . Effect of the polarization direction of incident light on electro-optic modulator for light propagating near the optic axis in LiNbO 3 ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2005 ， 32 （ 3 ）： 319 - 322 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:0258-7025.2005.03.006 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0258-7025.2005.03.006

MALITSON I H . Interspecimen comparison of the refractive index of fused silica* ，［J］. Journal of the Optical Society of America ， 1965 ， 55 （ 10 ）： 1205 . doi: 10.1364/josa.55.001205 http://dx.doi.org/10.1364/josa.55.001205

郑小兵，吴浩宇，章骏平，等 . 不确定度优于0.035%的绝对光谱响应率标准探测器［J］. 光学学报， 2001 ， 21 （ 6 ）： 749 - 752 . doi: 10.3321/j.issn:0253-2239.2001.06.026 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0253-2239.2001.06.026

ZHENG X B ， WU H Y ， ZHANG J P ， et al . Absolute spectral responsivity standard detectors with uncertainty less than 0.035% ［J］. Acta Optica Sinica ， 2001 ， 21 （ 6 ）： 749 - 752 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:0253-2239.2001.06.026 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:0253-2239.2001.06.026

EL-SHEIMY N ， HOU H Y ， NIU X J . Analysis and modeling of inertial sensors using allan variance ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ， 2008 ， 57 （ 1 ）： 140 - 149 .

PERCIVAL D B ， GUTTORP P . Long-memory Processes ， the Allan Variance and Wavelets ［M］. Wavelets in Geophysics . Amsterdam ： Elsevier ， 1994 ： 325 - 344 .

国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . 激光辐射功率和功率不稳定度测试方法： GB/T 13863-2011 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2012 . doi: 10.3969/j.issn.1002-7203.2014.04.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-7203.2014.04.003

General Administration of Quality Supervision ， Inspection and Quarantine of the People's Republic of China ， Standardization Administration of the People's Republic of China . Test methods for laser radiation power and its instability ： GB/T 13863—2011 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2012 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1002-7203.2014.04.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1002-7203.2014.04.003

Views

1149

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Power stability controller for collimating-light source based on scanlab Power Stability Controller for Collimating-light Source Based on Scanlab

Composite control of fast-steering-mirror for beam jitter

Real-time control and data acquisition system for 3D micro electrochemical milling

Cancellation of nonlinear error of bridge using op amp feedback control

Double-nozzle piezoelectric servovalve

Related Author

Jianjun LI

Qing KANG

Fangang MENG

Jianwen WENG

Yinlin YUAN

Lan XIAO

FU Cheng-yu

MA Jia-guang

Related Institution

中国科学院光电技术研究所

中国科学院光束控制重点实验室

中国科学院研究生院

College of Mechanical Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Shanghai University of Electric Power

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰