实验名称：稳频技术研究

　　测试目的：激光稳频技术选取一个稳定的参考频率标准，当待锁定的激光频率偏离特定的频率标准时，设法进行鉴别并产生能反映这个偏差的误差信号，然后将误差信号通过伺服系统反馈给待锁定的激光系统。常用的参考频率标准大致可分为两大类：一类是以原子分子的跃迁谱线中心频率作为参考标准；一类是以光学谐振腔（包括法布里-珀罗谐振腔（F-P腔）、模式清洁器、倍频谐振腔、光学参量振荡器等）的共振频率作为参考标准。实现激光稳频的方法有多种，如基于原子分子跃迁谱线的饱和吸收谱稳频法、调制转移光谱稳频法、双色谱稳频法等；基于光学谐振腔共振频率的PDH(Pound-Drever-Hall)稳频法、Lock-in鉴相稳频法、Tilt-locking稳频法等。由于原子分子跃迁谱线的频谱范围有限，所以只能针对某些特定波长的激光进行稳频，而基于光学谐振腔共振频率的稳频方法不受波长的限制。

　　测试设备：高压放大器、信号发生器、示波器PZT、激光探测器等。

　　实验过程：

　　图1：基于模拟电路的自动稳频的结构示意图，SG：信号发生器；Comp.：比较器Laser：激光器，OI：光学隔离器；EOM：电光相位调制器；PBS：偏振光束分束器；pticalCavity：光学腔；PD：光电探测器；LO：本地振荡；PS：移相器；Mixer：混频器；LF：低通滤波器；HVAmp.：高压放大器

　　利用红外激光器，激光器的波长为1064nm，功率为1.3w。红外光经过光学隔离器防止反射光进入激光器而影响激光器的正常工作，经过电光调制器对光的相位进行调制，然后进入到光学腔(使用模式清洁器)，光学腔的反射光经光电探测器探测得到电信号与调制信号在混频器中混频，再经过低通滤波器得到误差信号，误差信号经过自动稳频装置，此装置包括PI电路模块和比较模块，如果输入的电信号和标准信号比较，输入信号大于标准信号那么装置自动切换到锁腔腔模式，同过高压放大器来控制激光器的腔长从而控制激光器的频率，如果输入信号小于标准信号，此时自动扫描装置对光学腔进行扫描，利用光电探测器的输出的电信号来判定对激光频率是锁定还是扫描，其自动稳频装置结构示意图如图1所示。

　　实验结果：

　　图2：自动稳频结果

　　如图在PDH稳频的基础上，在反馈控制环路系统中增加了自动稳频装置，另取一路光电探测器的输出信号（V_D）接入自动稳频装置中，和自动稳频装置中的参考信号（V_R）进行比较这里的参考信号可同过另外一路光的光电探测器提供（设置VR≥1/2V_D），如果V_D>V_R，则PID自动开启，接通PID和高压放大器I，断开信号源和高压放大器II，然后进行PDH稳频；如果V_D接通信号源和高压放大器II，即进行扫描。自动稳频装置能够自动检测到系统是否处于锁定状态，如果失锁，自动稳频装置能够自动启动扫描功能，直到重新找到光学谐振腔的共振频率进而重新进行激光稳频。

　　高压放大器推荐：ATA-7020

图：ATA-7020高压放大器指标参数

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