實驗名稱：穩(wěn)頻技術(shù)研究

測試目的：激光穩(wěn)頻技術(shù)選取一個穩(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，設(shè)法進(jìn)行鑒別并產(chǎn)生能反映這個偏差的誤差信號，然后將誤差信號通過伺服系統(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：一類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，所以只能針對某些特定波長的激光進(jìn)行穩(wěn)頻，而基于光學(xué)諧振腔共振頻率的穩(wěn)頻方法不受波長的限制。

測試設(shè)備：高壓放大器、信號發(fā)生器、示波器PZT、激光探測器等。

實驗過程：

圖1：基于模擬電路的自動穩(wěn)頻的結(jié)構(gòu)示意圖，SG：信號發(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，激光器的波長為1064nm，功率為1.3w。紅外光經(jīng)過光學(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)過電光調(diào)制器對光的相位進(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)光電探測器探測得到電信號與調(diào)制信號在混頻器中混頻，再經(jīng)過低通濾波器得到誤差信號，誤差信號經(jīng)過自動穩(wěn)頻裝置，此裝置包括PI電路模塊和比較模塊，如果輸入的電信號和標(biāo)準(zhǔn)信號比較，輸入信號大于標(biāo)準(zhǔn)信號那么裝置自動切換到鎖腔腔模式，同過高壓放大器來控制激光器的腔長從而控制激光器的頻率，如果輸入信號小于標(biāo)準(zhǔn)信號，此時自動掃描裝置對光學(xué)腔進(jìn)行掃描，利用光電探測器的輸出的電信號來判定對激光頻率是鎖定還是掃描，其自動穩(wěn)頻裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

實驗結(jié)果：

圖2：自動穩(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)中增加了自動穩(wěn)頻裝置，另取一路光電探測器的輸出信號（VD）接入自動穩(wěn)頻裝置中，和自動穩(wěn)頻裝置中的參考信號（VR）進(jìn)行比較這里的參考信號可同過另外一路光的光電探測器提供（設(shè)置VR≥1/2VD），如果VD>VR，則PID自動開啟，接通PID和高壓放大器I，斷開信號源和高壓放大器II，然后進(jìn)行PDH穩(wěn)頻；如果VD接通信號源和高壓放大器II，即進(jìn)行掃描。自動穩(wěn)頻裝置能夠自動檢測到系統(tǒng)是否處于鎖定狀態(tài)，如果失鎖，自動穩(wěn)頻裝置能夠自動啟動掃描功能，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