可调谐激光器激光波长宽范围自动偏频锁定

谢建东; 严利平; 陈本永; 杨伟雷

doi:10.37188/OPE.20212902.0211

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可调谐激光器激光波长宽范围自动偏频锁定

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-12

- 可调谐激光器激光波长宽范围自动偏频锁定
  封面论文
- Automatic offset-frequency locking of external cavity diode laser in wide wavelength range
- 光学精密工程 2021年29卷第2期页码：211-219
- 作者机构：
  
  浙江理工大学机械与自动控制学院，浙江杭州 310018
- 作者简介：
  
  谢建东（1993—），男，浙江温州人，博士研究生，2015年于浙江理工大学获得学士学位，主要从事激光干涉绝对距离测量技术的研究。E-mail：xiejiandong@yeah.net
  严利平（1977—），女，四川内江人，教授，博士生导师，2000、2003年于重庆大学分别获得学士和硕士学位，2014年于浙江理工大学获得博士学位，主要从事激光干涉精密测量技术的研究。E-mail：yanliping@zstu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51527807;51875530);国家重点研发计划资助项目(2016YFF0200405);浙江省自然科学基金资助项目(LZ18E05003)
- DOI：10.37188/OPE.20212902.0211
  中图分类号： TN248.4;TN249;TB939
- 收稿：2020-10-14，
  
  修回：2020-12-07，
  
  纸质出版：2021-02-15
- 稿件说明：
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谢建东,严利平,陈本永等.可调谐激光器激光波长宽范围自动偏频锁定[J].光学精密工程,2021,29(02):211-219.

XIE Jian-dong,YAN Li-ping,CHEN Ben-yong,et al.Automatic offset-frequency locking of external cavity diode laser in wide wavelength range[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(02):211-219.
谢建东,严利平,陈本永等.可调谐激光器激光波长宽范围自动偏频锁定[J].光学精密工程,2021,29(02):211-219. DOI： 10.37188/OPE.20212902.0211.

XIE Jian-dong,YAN Li-ping,CHEN Ben-yong,et al.Automatic offset-frequency locking of external cavity diode laser in wide wavelength range[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(02):211-219. DOI： 10.37188/OPE.20212902.0211.

摘要

针对激光多波长干涉绝对测距中构建多级合成波长的需求，提出了一种锁至飞秒光频梳的可调谐激光器（External Cavity Diode Laser， ECDL）输出激光波长的宽范围自动偏频锁定方法。首先，设计了光栅+双凸透镜梳齿滤波的拍频信号探测单元，实现了宽范围ECDL激光波长与目标梳齿的拍频探测。接着，采用锁相放大原理对拍频信号进行鉴频鉴相，具备捕获带宽大、鉴相范围宽和鉴相精度高的优

点。然后，利用多重闭环控制实现了ECDL输出激光波长宽范围的自动调节及偏频锁定。实验结果表明，本方法实现了10 nm波长范围内ECDL至光频梳的自动锁定，拍频信号信噪比的平均值约为35.9 dB；在4 h内，ECDL激光频率的标准差为1.49 kHz，1 s平均时间的相对阿伦方差为4.76×10

－12

，满足精密干涉测量中宽范围波长调节和高精度稳频的要求。

Abstract

To construct different synthetic wavelengths for multi-wavelength interferometric absolute distance measurements， an automatic offset-frequency locking method was proposed to lock the frequency of a tunable external cavity diode laser （ECDL） to a femtosecond optical frequency comb （OFC） in a wide wavelength range. First， based on the grating and double convex lens comb filtering， a beat signal detection unit was designed. In addition， the beat signal detection between the ECDL and target comb modes in a wide wavelength range was realized. A phase-frequency detector was then designed based on the principle of a lock-in amplifier； phase-locking with a large capture range， wide monotonic phase range， and high accuracy was achieved. Finally， multiple closed-loop controls were adopted to realize automatic adjustment and offset-frequency locking of the ECDL over a wide wavelength range. Experimental results show that the proposed method can automatically lock the ECDL to OFC in the range of 10 nm， and the average signal-to-noise ratio of the beat signal is approximately 35.9 dB. Over 4 h， the standard deviation of the ECDL laser frequency is approximately 1.49 kHz， and the relative Allan deviation is approximately 4.76 × 10

－12

at 1 s. The proposed automatic offset-frequency locking method can satisfy the requirements of wide-range wavelength adjustment and high-precision frequency stabilization in precision interferometry.

关键词

Keywords

references

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