實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：穩(wěn)頻技術(shù)研究

測(cè)試目的：激光穩(wěn)頻技術(shù)選取一個(gè)穩(wěn)定的參考頻率標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)待鎖定的激光頻率偏離特定的頻率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，設(shè)法進(jìn)行鑒別并產(chǎn)生能反映這個(gè)偏差的誤差信號(hào)，然后將誤差信號(hào)通過(guò)伺服系統(tǒng)反饋給待鎖定的激光系統(tǒng)。常用的參考頻率標(biāo)準(zhǔn)大致可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是以原子分子的躍遷譜線中心頻率作為參考標(biāo)準(zhǔn)；一類(lèi)是以光學(xué)諧振腔（包括法布里-珀羅諧振腔（F-P腔）、模式清潔器、倍頻諧振腔、光學(xué)參量振蕩器等）的共振頻率作為參考標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)激光穩(wěn)頻的方法有多種，如基于原子分子躍遷譜線的飽和吸收譜穩(wěn)頻法、調(diào)制轉(zhuǎn)移光譜穩(wěn)頻法、雙色譜穩(wěn)頻法等；基于光學(xué)諧振腔共振頻率的PDH(Pound-Drever-Hall)穩(wěn)頻法、Lock-in鑒相穩(wěn)頻法、Tilt-locking穩(wěn)頻法等。由于原子分子躍遷譜線的頻譜范圍有限，所以只能針對(duì)某些特定波長(zhǎng)的激光進(jìn)行穩(wěn)頻，而基于光學(xué)諧振腔共振頻率的穩(wěn)頻方法不受波長(zhǎng)的限制。

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、示波器PZT、激光探測(cè)器等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：基于模擬電路的自動(dòng)穩(wěn)頻的結(jié)構(gòu)示意圖，SG：信號(hào)發(fā)生器；Comp.：比較器Laser：激光器，OI：光學(xué)隔離器；EOM：電光相位調(diào)制器；PBS：偏振光束分束器；pticalCavity：光學(xué)腔；PD：光電探測(cè)器；LO：本地振蕩；PS：移相器；Mixer：混頻器；LF：低通濾波器；HVAmp.：高壓放大器

利用紅外激光器，激光器的波長(zhǎng)為1064nm，功率為1.3w。紅外光經(jīng)過(guò)光學(xué)隔離器防止反射光進(jìn)入激光器而影響激光器的正常工作，經(jīng)過(guò)電光調(diào)制器對(duì)光的相位進(jìn)行調(diào)制，然后進(jìn)入到光學(xué)腔(使用模式清潔器)，光學(xué)腔的反射光經(jīng)光電探測(cè)器探測(cè)得到電信號(hào)與調(diào)制信號(hào)在混頻器中混頻，再經(jīng)過(guò)低通濾波器得到誤差信號(hào)，誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)自動(dòng)穩(wěn)頻裝置，此裝置包括PI電路模塊和比較模塊，如果輸入的電信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)比較，輸入信號(hào)大于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)那么裝置自動(dòng)切換到鎖腔腔模式，同過(guò)高壓放大器來(lái)控制激光器的腔長(zhǎng)從而控制激光器的頻率，如果輸入信號(hào)小于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，此時(shí)自動(dòng)掃描裝置對(duì)光學(xué)腔進(jìn)行掃描，利用光電探測(cè)器的輸出的電信號(hào)來(lái)判定對(duì)激光頻率是鎖定還是掃描，其自動(dòng)穩(wěn)頻裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖2：自動(dòng)穩(wěn)頻結(jié)果

如圖在PDH穩(wěn)頻的基礎(chǔ)上，在反饋控制環(huán)路系統(tǒng)中增加了自動(dòng)穩(wěn)頻裝置，另取一路光電探測(cè)器的輸出信號(hào)（VD）接入自動(dòng)穩(wěn)頻裝置中，和自動(dòng)穩(wěn)頻裝置中的參考信號(hào)（VR）進(jìn)行比較這里的參考信號(hào)可同過(guò)另外一路光的光電探測(cè)器提供（設(shè)置VR≥1/2VD），如果VD>VR，則PID自動(dòng)開(kāi)啟，接通PID和高壓放大器I，斷開(kāi)信號(hào)源和高壓放大器II，然后進(jìn)行PDH穩(wěn)頻；如果VD接通信號(hào)源和高壓放大器II，即進(jìn)行掃描。自動(dòng)穩(wěn)頻裝置能夠自動(dòng)檢測(cè)到系統(tǒng)是否處于鎖定狀態(tài)，如果失鎖，自動(dòng)穩(wěn)頻裝置能夠自動(dòng)啟動(dòng)掃描功能，直到重新找到光學(xué)諧振腔的共振頻率進(jìn)而重新進(jìn)行激光穩(wěn)頻。

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圖：ATA-7020高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇