實驗名稱：穩頻技術研究

測試目的：激光穩頻技術選取一個穩定的參考頻率標準，當待鎖定的激光頻率偏離特定的頻率標準時，設法進行鑒別并產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反饋給待鎖定的激光系統。常用的參考頻率標準大致可分為兩大類：一類是以原子分子的躍遷譜線中心頻率作為參考標準；一類是以光學諧振腔（包括法布里-珀羅諧振腔（F-P腔）、模式清潔器、倍頻諧振腔、光學參量振蕩器等）的共振頻率作為參考標準。實現激光穩頻的方法有多種，如基于原子分子躍遷譜線的飽和吸收譜穩頻法、調制轉移光譜穩頻法、雙色譜穩頻法等；基于光學諧振腔共振頻率的PDH(Pound-Drever-Hall)穩頻法、Lock-in鑒相穩頻法、Tilt-locking穩頻法等。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行穩頻，而基于光學諧振腔共振頻率的穩頻方法不受波長的限制。

測試設備：高壓放大器、信號發生器、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頻的結構示意圖，SG：信號發生器；Comp.：比較器Laser：激光器，OI：光學隔離器；EOM：電光相位調制器；PBS：偏振光束分束器；pticalCavity：光學腔；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。紅外光經過光學隔離器防止反射光進入激光器而影響激光器的正常工作，經過電光調制器對光的相位進行調制，然后進入到光學腔(使用模式清潔器)，光學腔的反射光經光電探測器探測得到電信號與調制信號在混頻器中混頻，再經過低通濾波器得到誤差信號，誤差信號經過自動穩頻裝置，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準信號比較，輸入信號大于標準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準信號，此時自動掃描裝置對光學腔進行掃描，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，其自動穩頻裝置結構示意圖如圖1所示。

實驗結果：

圖2：自動穩頻結果

如圖在PDH穩頻的基礎上，在反饋控制環路系統中增加了自動穩頻裝置，另取一路光電探測器的輸出信號（VD）接入自動穩頻裝置中，和自動穩頻裝置中的參考信號（VR）進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，然后進行PDH穩頻；如果VD接通信號源和高壓放大器II，即進行掃描。自動穩頻裝置能夠自動檢測到系統是否處于鎖定狀態，如果失鎖，自動穩頻裝置能夠自動啟動掃描功能，直到重新找到光學諧振腔的共振頻率進而重新進行激光穩頻。

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審核編輯 黃宇