實(shí)驗(yàn)名稱：模式清潔器過濾激光器噪聲

測試設(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。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的三角波信號(hào)，把獲得的誤差信號(hào)經(jīng)過比例積分微分器(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來控制其腔長，實(shí)現(xiàn)腔長的鎖定。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖2：671nm/1.34μm雙波長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)下測量了分別經(jīng)過各自模清潔器過濾后的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。通過與未經(jīng)模清潔器過濾的結(jié)果(圖3)對比可發(fā)現(xiàn)，經(jīng)模清潔器過濾后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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圖：ATA-7020高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇