在許多應用中,人們需要抑製(zhì)激光器噪聲和穩定其工作波長,眾所周知的應用包括引力波探測(參見2017年諾貝爾物理學獎LIGO項目),以及原(yuán)子物理、光學頻率梳和量子計算中的量子態光譜探測。最常見的主動激光(guāng)穩頻技術之一是Pound-Drever-Hall技術,該技術將激(jī)光的發射頻率(lǜ)鎖定(dìng)在穩定、高精細度的諧(xié)振腔中。這項技術以Robert Pound, Ronald Drever and John L.Hall而命名。PDH技術最早在1983年的(de)《Applied Physics B》雜誌上發表,“Laserphase and frequency stabilization using an optical resonator”。根(gēn)據路透社2017年的報(bào)道,這篇論文被引用了2000多次。
“PDH方(fāng)案具(jù)有難以置信的可靠性,真正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幾mHz的(de)超穩定激光器”。Jun Ye博士(shì),NIST。
“PDH技術(shù)是一種非常智慧和可靠的方法,以非常幹淨的方式獲得Error誤差信號(hào)。還有其他(tā)一(yī)些各具特色的技術,但(dàn)老實說,PDH技術絕對是迄今為止最可靠的”Pr Sylvain Gigan, Laboratoire Kastler Brossel.
PDH技術(shù)使用常見的光學外差光譜和射頻電子學方法(fǎ),用標準具或法布裏-珀羅F-P腔測量激光器的(de)頻率,並將測量結果反饋給激光器,以抑製激光器的頻率偏差。其優點包括響應時間可能比(bǐ)腔的響應時間更快。
選擇適合(hé)的調製器給PDH應用
下(xià)圖給出了PDH設置的示例。當激光器的頻率與腔的FSR(整數倍)完全匹配時,反射光和漏光(guāng)具有相同(tóng)的振幅,並且相位差180°。因此兩束光相(xiàng)互幹擾,反射光消失。
考慮到感興趣的激光源(yuán)的窄線(xiàn)寬和所需的調製深度,iXblue開發了一係列用於實現PDH技術的優化型相位調製(zhì)器。
與任何其他(tā)相位調製器(qì)相(xiàng)比,我們可以區分LN-0.1係列的優點:
n 適應低頻:直流耦合至200MHz調製頻(pín)率
n 專用於給定的波長範圍。
n 極低的驅動電壓Vπ
n 低插入損耗(hào)(LIL選項)。
n 高(gāo)輸入(rù)阻抗,提高調製效(xiào)率。
n NIR版本的高偏振消光比(PER)。
n 低剩餘幅度調製(Residual Amplitude Modulation-RAM)專利(lì)設計(EP3009879A1)
低頻相位調製器的現(xiàn)實優勢
為光通信應用而設計和開發的普通高速(GHz)電光調製器在射頻線的末(mò)端(duān)具有50歐(ōu)姆負載電阻終端,以減少射頻(pín)電反(fǎn)射。當在低頻(pín)率下(xià)工作時,這種高速相位調製器在射頻微波線路中有過高的電流,這導(dǎo)致焦耳(ěr)效應的局部加熱。當頻率變得較低並且與熱(rè)效應的時間常數(shù)相(xiàng)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、波導的物理特性會發生變化。
iXblue的LN-0.1相位調製器采用高輸入阻抗負載(10kΩ)抑製熱效應或電極線開(kāi)路(1MΩ)的設計,PDH測試能證明這種(zhǒng)調製(zhì)器可在(zài)溫度變化時,性(xìng)能穩定在一個大的溫度(dù)範圍內(-40℃到+85℃)。
左(zuǒ)圖(tú):50Hz信號時明顯有熱(rè)效應,上麵曲(qǔ)線為射頻電信號,下麵為(wéi)光信號。
右(yòu)圖:50KHz信號時無熱效應,上麵曲線為射頻電信號,下麵(miàn)為光信號。
當用電光調製器實(shí)現PDH技術時,在環境擾動期間引(yǐn)起誤差信號的畸變和非預期的頻率偏移時RAM總會出現的。當係統的不穩定性逐漸降低到極低水平時(shí),抑製(zhì)或減輕RAM引起的頻率不穩定(dìng)性就變得越來越重要。
iXblue為PDH設計並(bìng)優化了專用於(yú)減小RAM的低頻相位調製器。RAM可以通過(guò)在調製(zhì)器注入一個直流電壓而降低,該電壓對(duì)應於铌酸鋰波導一個整(zhěng)體的負(fù)折射率變化。一(yī)個(gè)5-15V直流電壓足以將RAM降低>10dB。
LN-0.1係列內部(bù)嵌入高阻抗射頻負載(zǎi)終端,不會被直流信號(hào)所損壞。
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