實驗名稱：模式清潔器過濾激光器噪聲

測試設備：高壓放大器、電光調制器、功率分束器、相位延遲器、低通濾波器、比例積分器等。

實驗過程：

圖1：模式清潔器的鎖定系統，(a)鎖腔的電子回路，(b)鑒頻曲線

實驗中，模清潔器的腔體采用了熱膨脹系數極小的殷鋼材料，671nm和1.34μm模清潔器的精細度均為400，線寬均為750kHz。我們用Pound-Drever-Hall(PDH)穩頻技術把模清潔器的腔長鎖定到入射激光的共振頻率處，671nm和1.34μm模清潔器的透射率分別為50%和60%。

圖1(a)為利用PDH技術鎖定模清潔器腔長的實驗裝置圖。鎖定模清潔器分為調鑒頻信號和鎖定兩個步驟。調鑒頻信號的過程如下：首先，信號源輸出一個頻率為30Hz的三角波，經高壓放大器放大后用來驅動模清潔器中固定凹面鏡的壓電陶瓷(PZT)周期性地改變模式清潔器的腔長。同時高頻信號源輸出一個49MHz的正弦信號，功率分束器被用來將該調制信號等分為功率相等的兩個信號S1和S2。其中，S1由功率放大器進行交流放大，然后再驅動電光相位調制器對入射的激光進行相位調制。S2作為本地信號，先經相位延遲器進行相位調節后，再進入到混頻器與探測器輸出的交流信號進行混頻，混頻信號經低通濾波器過濾掉高頻信號后即可得到如圖1(b)所示的誤差信號，并通過優化相位延遲器的參數和調制信號的幅度獲得最佳的鑒頻曲線。然后撤掉周期性掃描腔長的三角波信號，把獲得的誤差信號經過比例積分微分器(PID)、高壓放大器(HV)放大后反饋給模清潔器中固定凹面鏡的PZT來控制其腔長，實現腔長的鎖定。

實驗結果：

圖2：671nm/1.34μm雙波長激光器輸出激光的噪聲特性；(a)為1.34μm激光的噪聲特性，(b)為671nm激光的噪聲特性

利用圖1(a)所示的鎖腔回路把模式清潔器的腔長鎖定在入射激光器的共振頻率后，在相同的譜儀參數下測量了分別經過各自模清潔器過濾后的671nm和1.34μm激光的噪聲特性，結果如圖2所示。圖中曲線(i)為散粒噪聲基準，(ii)和(iii)分別為671nm和1.34μm激光的強度和位相噪聲，(iv)和(v)分別為671nm激光的強度和位相噪聲。從圖中可以看出，671nm和1.34μm激光的強度噪聲均在1MHz處達到了SNL，位相噪聲均在1.3MHz處達到了SNL。通過與未經模清潔器過濾的結果(圖3)對比可發現，經模清潔器過濾后671nm/1.34μm激光的強度和位相噪聲均得到了較好的改善。

圖3：671nm/1.34μm雙波長激光器輸出激光的噪聲特性；(a)為1.34μm激光的噪聲特性，(b)為671nm激光的噪聲特性

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審核編輯 黃宇