實驗名稱：高功率近紅外光梳系統研究

測試設備：功率放大器、信號發生器、光頻移器、探測器、射頻分析儀、帶通濾波放大器等。

圖1：高功率近紅外光梳系統

實驗過程：

圖1給出了高功率近紅外光纖光梳的結構框圖，其中放大器輸出高功率脈沖經過一個分束片后，約1W的功率被用于CEP零頻和重復頻率的探測，剩下被直接送入聲光頻移器。在光梳系統中，需要被精密控制的量主要包括了重復頻率fr和載波包絡零頻f0。在基于AOFS的CEP前饋式控制技術的幫助下，我們實現了CEP零頻f0的實時控制。

圖2：脈沖重復頻率的鎖定

鎖相環技術應用于光梳系統時，光纖激光器本身就相當于一個壓控振蕩器，它輸出的脈沖的重復頻率fr就是被鎖定的對象，如圖2所示。探測器探測到光脈沖后會輸出一系列電脈沖信號。該信號在射頻分析儀上顯示為以脈沖重復頻率為基次的一系列諧波信號峰。將該信號送到帶通濾波放大器后將輸出一個單一頻率的正弦波信號fx，再將該正弦信號fx與信號發生器輸出的標準信號frb進行混頻，并用低通濾波器取其低頻誤差信號ferror=fx-frb。利用積分放大器PID對其放大后，再用一個功率放大器驅動激光腔內的壓電陶瓷，通過調節激光器的腔長便可實現激光器重復頻率的鎖定。

實驗結果：

圖3：（a）（b）（c）自由運轉條件下激光器重復頻率的漂移和（d）鎖定后的重復頻率

在頻率計的幫助下，實驗測量了自由運轉和鎖定后的脈沖重復頻率（如圖3）。在自由運轉條件下，激光器的重復頻率和零頻信號一樣會出現快漂和慢漂現象，而且它的變化并不具有明確的規律性。這主要是因為未鎖定的激光器腔長會受到多種因素的影響如機械振動、溫度變化、氣流等等。這些因素中，溫度變化主要影響了激光器重復頻率fr的慢變過程。如圖3中（a）（b）（c）所示，這些數據是我們對同一臺激光器，不同時間段測得的結果。可見激光器重復頻率的慢變的確對環境變化相當敏感。通過鎖相電路，我們實現了對激光器重復頻率的精確鎖定，結果如圖3中（d）所示。測得的fr鎖定精度為0.8mHz，中心頻率為64.3756MHz。由此我們獲得了重復頻率和載波包絡相位零頻均精確鎖定的光梳脈沖輸出。

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審核編輯 黃宇