正交解调PDH激光稳频系统设计与实验验证

"正交解调Pound-Drever-Hall激光稳频系统设计" 本文主要探讨了Pound-Drever-Hall（PDH）激光稳频技术，并提出了一种基于正交解调原理的新设计方案。PDH技术是激光频率稳定领域的一种常用方法，通过它能够精确地控制激光频率，确保其稳定在某一特定值，这对于许多科研和工业应用至关重要。 传统的PDH方法依赖于相位调制来检测激光频率的偏差。在新设计的系统中，采用直接数字频率合成器（DDS）生成两路频率均为10 MHz的正弦和余弦信号。正弦信号被分成两路，一路用于驱动电光相位调制器，使激光产生相位边带，这是PDH技术的核心，通过改变调制器的相位，可以将激光频率的变化转化为可检测的相位变化。另一路正弦信号与余弦信号一起用作解调的参考信号。 激光经过相位调制后，被引入F-P（Fabry-Perot）参考腔。F-P腔是一个光学谐振器，能够反射并干涉激光，从而增强相位信息。光电探测器接收由F-P腔反射出的光外差干涉信号，并将其转换为电信号。这个电信号随后与正交参考信号（正弦和余弦）进行混频，经过低通滤波器处理，得到误差信号的两个正交分量。这两个分量通过A/D转换器数字化后，输入微处理器进行正交相敏检波运算，进一步提取出误差信号，从而实现对激光频率的精确控制。 实验结果显示，所建立的正交解调PDH激光鉴频系统能够有效地进行频率稳定。通过对F-P腔的腔长进行线性扫描，观察到的鉴频曲线展示了系统的鉴频灵敏度为1.82 V/MHz，这意味着对于每兆赫兹的频率变化，误差信号的电压变化为1.82伏特。系统的最大频率变化量达到5.48 MHz，表明了其宽范围的频率调节能力。 这一设计不仅验证了正交解调在PDH激光稳频中的可行性，还可能带来更高的频率稳定性和更精确的频率控制，这对于激光精密测量、量子信息处理和光通信等领域的应用具有重要意义。同时，直接数字频率合成器的使用简化了系统设计，提高了系统的稳定性和可靠性。 关键词：激光器；激光稳频；Pound-Drever-Hall效应；正交解调；直接数字频率合成器；鉴频曲线。