● 摘要
单频、高功率光纤激光器在激光雷达、激光陀螺、激光通信等领域有着非常广泛的应用,然而在高功率条件下,单频光纤激光器输出的激光不仅其谱线宽度大幅展宽,同时其频率稳定度也不高,需要对其进行稳频控制才能满足上述应用领域的要求。
激光稳频技术是激光物理学、光谱学和电子学高度结合的产物,在众多的激光稳频技术中,Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术具有稳频精度高、能满足窄线宽激光稳频的要求、能适应各种波长的激光系统、能避开激光幅度噪声的影响等优势,是激光稳频技术中的主流技术,在现代科学技术中发挥着越来越重要的作用。
本文围绕PDH激光稳频技术,以单频光纤激光器为稳频对象,进行PDH稳频系统的理论分析、电路设计及实验研究。首先进行PDH稳频技术的理论分析和研究,详细阐述了PDH稳频技术的原理,获得系统鉴频曲线的表达式,为本文研究工作的开展奠定理论基础;其次根据对压电陶瓷及其驱动器特性的分析,设计基于DSP+DAC的F-P腔高压锯齿波驱动电路,用于对F-P腔腔长进行扫频控制;然后针对数字PDH稳频系统的发展趋势,设计基于FPGA的PDH稳频信号处理电路,为实现PDH误差信号的数字解调打下硬件基础;最后根据对PDH稳频信号的理论分析和仿真,总结常用的解调方案,并搭建PDH激光稳频系统,进行PDH稳频信号解调实验,完成激光相位调制谱、系统鉴频曲线以及误差信号的检测。计算结果表明,系统在调制深度1.12rad下得到61.02mV/MHz的鉴频斜率,经阿伦方差计算,在400s的时间内,激光频率偏离F-P腔的中心频率大小的方差为1.05×10-11,最大频率漂移为±1.15MHz。
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