[发明专利]一种外差式相敏检测的Pound-Drever-Hall激光稳频系统

说明书

一种外差式相敏检测的Pound‑Drever‑Hall激光稳频系统，本地振荡器不仅为电光调制器提供驱动电压，同时作为频率合成器的参考输入，使其输出稳定频率的信号；频率合成器产生两种稳定的频率，一种作为系统中心频率，另一种用于频谱搬移，将系统调制频率搬移到频率合成器产生的系统中心频率上，使误差信号检测系统参数与系统调制频率无关。相敏检测方法获取频率漂移误差信号，达到稳频效果。本发明使用频率合成器与本地振荡器进行外差探测，相敏检波获取频率漂移误差信号，具有调试简单、灵敏度高、信噪比高、抗干扰能力好的特点。

技术领域

本发明属于激光稳频系统技术领域，特别涉及一种外差式相敏检测的Pound-Drever-Hall激光稳频系统。

背景技术

利用Pound-Drever-Hall稳频方法将激光频率锁定在高精细度、高稳定性的F-P参考腔的谐振峰上，是目前获得超窄线宽激光的最有效方法之一。该方法的原理是：单频线偏振激光经过电光调制器进行相位调制后形成载波和上下边带光，本地振荡器产生调制频率的正弦信号，驱动电光调制器。三束线偏振光经过偏振分光棱镜和四分之一波片变为圆偏振光垂直入射进入F-P参考腔。参考腔的反射光在光电探测器上进行拍频，经过互阻增益放大和带通滤波可得到调制频率的正弦信号。该信号的幅度反映了激光频率与F-P参考腔谐振频率的差。采用模拟相敏检波器获得该信号幅度，即频率漂移误差信号。将误差信号通过伺服系统，控制激光器固定在一端反射镜上的压电陶瓷调节激光器腔长，使激光频率的偏移量回复到零，从而将激光频率锁定在参考腔谐振频率上，实现稳频。

本地振荡器的频率(系统调制频率)对鉴频曲线的形态有较大的影响，直接影响误差信号的线性动态范围。动态范围较小，稳频系统极易失锁。目前的Pound-Drever-Hall稳频系统中获得调制频率的正弦信号的方法都是将参考腔的反射光在光电探测器上进行拍频和互阻增益放大后，通过带通滤波器来获得。当调制频率改变时，必须调整带通滤波器的参数使得中心频率随之变化。如果中心频率不随之做调整，则拍频信号的频率就有可能位于滤波器通频带的边沿，从而导致无法获得稳定的误差信号。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种外差式相敏检测的Pound-Drever-Hall激光稳频系统，将反射光拍频信号首先变频到一个固定的中频，然后进行带通滤波和相敏检波，避免在调制频率漂移和变化时，稳频系统不能适应该变化而无法正常工作；具有调试简单、灵敏度高、信噪比高、抗干扰能力好的特点。

一种外差式相敏检测的Pound-Drever-Hall激光稳频系统，包括激光源1，激光源1出射的激光进入光隔离器2进行反射光隔离，再入射进偏振片3进行偏振方向调整，最后入射进电光调制器4的光孔进行相位调制；电光调制器4的驱动电压输入端与本地振荡器8的电压输出端和频率合成器9的输入端相连；电光调制器4出射的激光入射进偏振分束器5和其后的四分之一波片6，垂直入射进入参考腔7，从参考腔7反射的激光再次经过四分之一波片6和偏振分束器5入射进入光电探测器10的光孔；光电探测器10的电压输出端与选频放大网络11的电压输入端相连，选频放大网络11的电压输出端与混频器12的信号输入端相连，频率合成器9的输出端1与混频器12的参考输入端相连，混频器12的电压输出端与带通滤波器13的输入端相连，带通滤波器13的输出端与乘法器15的信号输入端相连，频率合成器9的输出端2与可调移相器14的输入端相连，可调移相器14的输出端与乘法器15的参考输入端相连，乘法器15的输出端与低通滤波器16的输入端相连，低通滤波器16的输出端与伺服电路17的信号输入端相连，伺服电路17的信号输出端与压电陶瓷18上的电极相连，压电陶瓷18粘在激光源1上。