窄线宽激光器稳频控制技术的研究

摘要：频率稳定度是表征频率稳定程度的一个极其重要的指标参数。为了满足激光雷达系统的应用需求，本课题研制了一套基于PDH技术的激光稳频系统。直接数字频率合成器产生激光器高频相位调制信号，模拟混频器解调激光器的频率漂移信息，作为稳频控制系统的核心控制部分的高集成度数字信号处理器，负责整个系统的信号处理及比例积分微分（PID）伺服等。

关键词：窄线宽激光器 PDH稳频 共振频率 数字信号处理 伺服控制

中图分类号：TN929.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）12-0088-02

1、引言

窄线宽激光器作为现代科学技术发展成果的重要标志之一，已经在精密干涉测量[1]、光频标[2]、激光通信[3]、激光陀螺[4]、激光雷达[5]等诸多领域得到了广泛的应用。在各种应用领域中，激光频率稳定度是一个相当重要的参数。正常运作的激光器因受到外界环境因素的干扰，导致激光频率随时间而改变[6-9]，难以满足精密计量等应用上的要求，要得到稳定的频率输出就需要利用激光稳频技术，采取一定的措施来减小频率漂移。因此，随着激光技术的不断发展，激光稳频技术已成为研究的重要方向，在现代科学技术中发挥着重要的作用。

2、PDH稳频技术理论分析

PDH频率稳定技术是一个频率锁定反馈环。频率微小扰动的输入激光入射到FPI上，该腔作为一个频率标准。反射信号与瞬时频率[10]误差成正比，与腔的稳定共振频率测量。误差信号经过模拟电子信号处理后反馈到频率移相器上，移相器调整入射激光频率消除频率误差达到锁频的目的，图1显示了PDH系统的原理框图。

依次通过法拉第隔离器和起偏器的激光进入由反馈控制系统驱动的EOM进行相位调制。透镜的作用是调节激光的模式与FPI模式匹配，相位调制后的激光经偏振分束棱镜和λ/4波片产生圆偏振光垂直入射至FPI中。PIN2将FPI的透射光经光电转换后送至电学控制系统，用于稳频监控。PIN1探测由FPI反射后再次经过λ/4 波片和PBS的线偏振光，作为鉴频信号。反馈控制系统依据此鉴频信号的信息调节激光器的压电陶瓷和温度，将激光频率锁定在FPI谐振峰处。

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