基于正交解调的PDH激光稳频系统设计与实验研究

本文档深入探讨了"正交解调Pound-Drever-Hall激光稳频系统设计"这一主题，它是关于精密激光技术的重要研究。Pound-Drever-Hall (PDH) 激光稳频方法是一种广泛应用于激光频率稳定性的关键技术，它通过精确测量并补偿激光源的频率漂移来实现高精度的频率锁定。 传统的PDH系统主要依赖于一个反馈环路，利用光外差干涉产生的相位差信号来调整激光器的频率。然而，本研究提出了一种创新的设计，即基于正交解调原理的PDH系统。这种新型设计引入了直接数字频率合成器（DDS），能够同时生成两个10MHz的正弦和余弦信号，这两个信号相互独立且具有90度相位差。正弦信号被分配为两部分：一部分驱动电光相位调制器产生相位边带，另一部分与余弦信号结合，作为相位解调的参考信号。 相位调制后的激光束进入F-P参考腔，这里发生光的干涉，产生的信号通过光电探测器进行检测。这个信号随后与两路正交的参考信号进行混频，经过低通滤波，分离出误差信号的两个正交分量。这些分量随后被送入微处理器，进行正交相敏检波运算，从而得到PDH稳频系统的误差信号。这种设计的优势在于提高了系统的稳定性，并且可能提高了测量精度。 实验部分，作者构建了一个正交解调PDH激光鉴频实验系统，通过线性扫描F-P参考腔的腔长，观察到清晰的鉴频曲线。实验结果显示，该系统的鉴频灵敏度高达1.82V/MHz，这意味着对于每1MHz的频率变化，系统能产生1.82伏特的响应，而最大可稳定频率变化量为5.48MHz。这证明了设计的正交解调PDH激光稳频方案在实际应用中的可行性。 这篇研究论文不仅详细介绍了正交解调原理如何优化PDH激光稳频系统的性能，还提供了实验验证结果，这对于提高激光频率稳定性、推动精密仪器技术的发展具有重要意义。关键词如“激光器”、“激光稳频”、“Pound-Drever-Hall”、“正交解调”、“直接数字频率合成器”以及“鉴频曲线”都是贯穿全文的核心概念，突出了研究的重点和贡献。