實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：模式清潔器過(guò)濾激光器噪聲

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、電光調(diào)制器、功率分束器、相位延遲器、低通濾波器、比例積分器等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：模式清潔器的鎖定系統(tǒng)，(a)鎖腔的電子回路，(b)鑒頻曲線

實(shí)驗(yàn)中，模清潔器的腔體采用了熱膨脹系數(shù)極小的殷鋼材料，671nm和1.34μm模清潔器的精細(xì)度均為400，線寬均為750kHz。我們用Pound-Drever-Hall(PDH)穩(wěn)頻技術(shù)把模清潔器的腔長(zhǎng)鎖定到入射激光的共振頻率處，671nm和1.34μm模清潔器的透射率分別為50%和60%。

圖1(a)為利用PDH技術(shù)鎖定模清潔器腔長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖。鎖定模清潔器分為調(diào)鑒頻信號(hào)和鎖定兩個(gè)步驟。調(diào)鑒頻信號(hào)的過(guò)程如下：首先，信號(hào)源輸出一個(gè)頻率為30Hz的三角波，經(jīng)高壓放大器放大后用來(lái)驅(qū)動(dòng)模清潔器中固定凹面鏡的壓電陶瓷(PZT)周期性地改變模式清潔器的腔長(zhǎng)。同時(shí)高頻信號(hào)源輸出一個(gè)49MHz的正弦信號(hào)，功率分束器被用來(lái)將該調(diào)制信號(hào)等分為功率相等的兩個(gè)信號(hào)S1和S2。其中，S1由功率放大器進(jìn)行交流放大，然后再驅(qū)動(dòng)電光相位調(diào)制器對(duì)入射的激光進(jìn)行相位調(diào)制。S2作為本地信號(hào)，先經(jīng)相位延遲器進(jìn)行相位調(diào)節(jié)后，再進(jìn)入到混頻器與探測(cè)器輸出的交流信號(hào)進(jìn)行混頻，混頻信號(hào)經(jīng)低通濾波器過(guò)濾掉高頻信號(hào)后即可得到如圖1(b)所示的誤差信號(hào)，并通過(guò)優(yōu)化相位延遲器的參數(shù)和調(diào)制信號(hào)的幅度獲得最佳的鑒頻曲線。然后撤掉周期性掃描腔長(zhǎng)的三角波信號(hào)，把獲得的誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)比例積分微分器(PID)、高壓放大器(HV)放大后反饋給模清潔器中固定凹面鏡的PZT來(lái)控制其腔長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)腔長(zhǎng)的鎖定。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖2：671nm/1.34μm雙波長(zhǎng)激光器輸出激光的噪聲特性；(a)為1.34μm激光的噪聲特性，(b)為671nm激光的噪聲特性

利用圖1(a)所示的鎖腔回路把模式清潔器的腔長(zhǎng)鎖定在入射激光器的共振頻率后，在相同的譜儀參數(shù)下測(cè)量了分別經(jīng)過(guò)各自模清潔器過(guò)濾后的671nm和1.34μm激光的噪聲特性，結(jié)果如圖2所示。圖中曲線(i)為散粒噪聲基準(zhǔn)，(ii)和(iii)分別為671nm和1.34μm激光的強(qiáng)度和位相噪聲，(iv)和(v)分別為671nm激光的強(qiáng)度和位相噪聲。從圖中可以看出，671nm和1.34μm激光的強(qiáng)度噪聲均在1MHz處達(dá)到了SNL，位相噪聲均在1.3MHz處達(dá)到了SNL。通過(guò)與未經(jīng)模清潔器過(guò)濾的結(jié)果(圖3)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，經(jīng)模清潔器過(guò)濾后671nm/1.34μm激光的強(qiáng)度和位相噪聲均得到了較好的改善。

圖3：671nm/1.34μm雙波長(zhǎng)激光器輸出激光的噪聲特性；(a)為1.34μm激光的噪聲特性，(b)為671nm激光的噪聲特性

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審核編輯 黃宇