基於iXblue低頻相位調製器的PDH穩頻應用

在許（xǔ）多應用中，人們需要抑製激光器噪聲和穩定其工（gōng）作波長，眾所周知的應用包括引力波探測（參見2017年諾貝（bèi）爾物理學（xué）獎（jiǎng）LIGO項目），以及原（yuán）子物理、光學頻率梳和量子計算中的（de）量子態光譜探測。最常（cháng）見的（de）主（zhǔ）動激光穩頻技術之一是Pound-Drever-Hall技術，該技術將激光的發射頻率鎖定在穩定、高精細度的諧振腔（qiāng）中。這項技術以Robert Pound, Ronald Drever and John L.Hall而命名（míng）。PDH技術最（zuì）早在1983年的《Applied Physics B》雜誌上發表，“Laserphase and frequency stabilization using an optical resonator”。根據路透社2017年的報道，這篇論（lùn）文被引用了2000多次。 

“PDH方案具（jù）有難以置信的可（kě）靠性，真正（zhèng）成為了主流的鎖定機製。今天，這麽多年過去了，我們仍在用它來嚐試製造線寬為（wéi）幾mHz的超穩（wěn）定激光器”。Jun Ye博士，NIST。 

“PDH技術是一種非（fēi）常智慧和可靠的方法，以非（fēi）常幹淨的（de）方式獲（huò）得Error誤差信（xìn）號。還有其他一些各具特色的（de）技（jì）術，但老實（shí）說，PDH技術絕對是迄今（jīn）為止最可靠的”Pr Sylvain Gigan, Laboratoire Kastler Brossel. 

PDH技術使用常（cháng）見的光學外差光譜和射頻電子學方法，用標準具或（huò）法布裏-珀羅F-P腔測量激光器（qì）的頻率，並將測量結果反饋（kuì）給激光器，以抑製激光器的頻率偏（piān）差。其（qí）優點包括響應時間可能比腔的響應時間（jiān）更快。 

選擇適合的調製器給PDH應用

下圖給出了PDH設置的示例。當激光器（qì）的頻率與（yǔ）腔的FSR（整數倍）完全匹配時（shí），反射光和漏光具有相（xiàng）同的振幅（fú），並且相位差180°。因此（cǐ）兩束光相互幹擾，反射光消失。

考慮到感興趣的激光源的窄線寬和（hé）所需的調製深度，iXblue開發了一係列用於實現PDH技術的優（yōu）化（huà）型相位（wèi）調製（zhì）器。

與任何（hé）其他相位調（diào）製器相比，我們可以區分LN-0.1係列的優點（diǎn）：

n 適應低頻：直流耦合至（zhì）200MHz調製頻率（lǜ）

n 專用於給定的波長範圍。

n 極（jí）低的驅動電壓Vπ

n 低（dī）插入損耗（LIL選項）。

n 高輸入阻抗（kàng），提高調製效率。

n NIR版本的（de）高偏振消光（guāng）比（PER）。

n 低剩餘幅度調製（zhì）（Residual Amplitude Modulation-RAM）專利（lì）設計（EP3009879A1） 

低頻相（xiàng）位調製（zhì）器的現實優勢

為光通信應用而設計和開發的普通高（gāo）速(GHz)電光調製器在射頻線的末端具有50歐姆負載電阻終端（duān），以減少射頻電反射。當（dāng）在低頻率下工作時，這種高速相（xiàng）位調製器（qì）在射頻（pín）微波線路中（zhōng）有過高的電流，這導致焦耳效應的（de）局部加熱。當頻率變得較低並且與熱效應（yīng）的時間常（cháng）數相當時，熱循環和散熱就成了一個問題。因此，在加熱和冷卻過程中，電極、波（bō）導的物理特（tè）性（xìng）會發生變化。 

iXblue的LN-0.1相位調（diào）製器采用（yòng）高輸入阻抗負載（10kΩ)抑製熱效應（yīng）或電極線（xiàn）開路(1MΩ)的設計，PDH測試（shì）能證（zhèng）明這種調製器可在溫度變化（huà）時，性能穩定在一個大的溫度範圍內（-40℃到+85℃）。 

左（zuǒ）圖：50Hz信號時明顯有熱效應，上麵曲線為射頻電信號，下麵為光信號。

右圖（tú）：50KHz信號（hào）時無熱效應，上麵曲線為射頻電（diàn）信號，下麵為光信號。

當用電光調（diào）製（zhì）器（qì）實現（xiàn）PDH技術時，在環境擾動期間引起誤差信號（hào）的畸變和非預期的頻率（lǜ）偏移時RAM總會出現的。當係統的不穩定性逐漸降低到極低水平時，抑製或減輕RAM引起的頻（pín）率不穩定性就變（biàn）得越來（lái）越重要（yào）。

iXblue為PDH設計並優（yōu）化了專用於減小RAM的低（dī）頻相（xiàng）位調製器。RAM可以通過在調製器注入一個直流電壓而降低（dī），該電壓對應於铌酸鋰波導一個整體的負折射（shè）率變化。一個5-15V直流（liú）電壓足以將RAM降低>10dB。

LN-0.1係列內部嵌入高阻抗射頻負載終端，不會被直流信號所（suǒ）損壞。

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