可以這么簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)

可以看出，若激光頻率和光學(xué)腔共振頻率一致時(shí)，PDH信號(hào)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)，當(dāng)激光頻率大于或小于光學(xué)腔諧振頻率時(shí)，解調(diào)信號(hào)或正或負(fù)，滿足鑒頻特性，可以作為誤差信號(hào)使用。

通過(guò)光電探測(cè)得到激光和參考腔之間的頻率誤差信號(hào)，對(duì)激光頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，使之緊緊地鎖定在參考腔的諧振頻率上。這其中，從誤差信號(hào)的獲取到最終反饋到激光頻率之間，需要對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行濾波，放大，平均等處理以后才能對(duì)激光頻率進(jìn)行最佳的補(bǔ)償，這個(gè)中間過(guò)程中需要用到環(huán)路濾波器。通過(guò)環(huán)路濾波器反饋到激光器來(lái)保證超穩(wěn)激光長(zhǎng)期穩(wěn)頻。
 

三． 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1064nm激光器首先經(jīng)過(guò)一個(gè)光學(xué)隔離器，光學(xué)隔離器的作用是防止返回的光影響光的原有電磁場(chǎng)狀態(tài)。然后來(lái)到一個(gè)分束器，分束器的作用是將一路光用來(lái)做PDH穩(wěn)頻，另外一路做穩(wěn)頻后的激光真實(shí)應(yīng)用。用于PDH的穩(wěn)頻光路進(jìn)入EOM調(diào)制器,再通過(guò)一個(gè)光纖環(huán)路器射入到超精細(xì)度超穩(wěn)腔中，返回信號(hào)再耦合到光纖環(huán)路器中，由光纖環(huán)路器的另一端（part3）進(jìn)入到探測(cè)器，然后產(chǎn)生反射信號(hào)。透射信號(hào)在超穩(wěn)腔出射口位置放置。

Moku：Pro在這個(gè)位置起到了波形發(fā)生器，混頻器，低通濾波器，PID控制器（快反饋給PZT，慢反饋給了溫度反饋）的作用，然而這些功能都集成在了Moku:Pro的Laser Frequency Box功能里面。通過(guò)Laser Frequency Box可以給EOM進(jìn)行調(diào)制，也可以產(chǎn)生三角波掃描信號(hào)，并同時(shí)監(jiān)視輸入信號(hào)，輸出信號(hào)，并與反射信號(hào)進(jìn)行混頻產(chǎn)生PDH誤差信號(hào)。通過(guò)獲得的反射信號(hào)，并對(duì)其掃描信號(hào)的中間位置，自動(dòng)找到鎖定點(diǎn)，輕輕一點(diǎn)，就可以完成鎖定。再通過(guò)PID進(jìn)行優(yōu)化，即可完更精細(xì)的PDH穩(wěn)頻。

實(shí)驗(yàn)光學(xué)設(shè)計(jì)圖和電學(xué)設(shè)計(jì)如下圖：
 

 

通過(guò)鎖定點(diǎn)鎖定，獲得了過(guò)零軸的誤差信號(hào)，并成功鎖定激光器的頻率，再通過(guò)PID的優(yōu)化調(diào)整輸出穩(wěn)定的激光功率。
 

 

四． 總結(jié)

本文通過(guò)學(xué)習(xí)PDH穩(wěn)頻的基礎(chǔ)理論，了解了誤差信號(hào)產(chǎn)生的原理以及數(shù)學(xué)表達(dá)。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)使用1064nm激光器，光學(xué)隔離器，EOM，環(huán)形器，Stable laser 公司的超精細(xì)度超穩(wěn)腔（具體參數(shù)請(qǐng)參考：https://www.auniontech.com/details-1305.html），和Liquid 公司提供的Moku：Pro的laser Frequency Box 功能（具體參數(shù)請(qǐng)參考：https://www.auniontech.com/details-1478.html）方便簡(jiǎn)潔的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的透射信號(hào)，反射信號(hào)，誤差信號(hào)，以及PID反饋信號(hào)的監(jiān)視和參數(shù)的調(diào)整，快速的獲得了透射信號(hào)，反射信號(hào)，PDH信號(hào)，以及鎖定后的PDH信號(hào)。本系統(tǒng)的搭建快速，簡(jiǎn)便，方便使用者能夠快速入手。

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相關(guān)文獻(xiàn)：

1.https://zhuanlan.zhihu.com/p/451849194

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