光纖FP腔的腔長鎖定方法研究.pdf

1、光學(xué)法布里-珀羅腔(Fabry-Perot，F(xiàn)P腔)廣泛應(yīng)用于精密干涉測量、引力波探測和光通信等領(lǐng)域。FP腔的腔長穩(wěn)定性對(duì)其性能有重大影響。本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面，開展了對(duì)PDH腔長鎖定技術(shù)的研究。建立了PDH腔長鎖定系統(tǒng)理論模型，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)分析。并在理論結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的一些參數(shù)進(jìn)行了仿真、優(yōu)化。最后搭建PDH腔長鎖定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以窄線寬激光器為基準(zhǔn)源，把自由譜寬26GHz、線寬100MHz的可調(diào)諧光纖FP腔鎖定在該基

2、準(zhǔn)源上，并得到了較好的腔長穩(wěn)定度。
　　本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　(1)系統(tǒng)調(diào)研國內(nèi)外關(guān)于光學(xué)頻率穩(wěn)定及諧振腔腔長鎖定的研究報(bào)道，詳細(xì)介紹了三種基本的腔長鎖定方法即功率透射譜鎖定、透射幅度微分鎖定和PDH鎖定方法，通過綜合比較知PDH方法的優(yōu)于其它兩種。并分析了PDH腔長鎖定技術(shù)的發(fā)展概況。
　　(2)建立了PDH腔長鎖定系統(tǒng)理論模型。理論推導(dǎo)了誤差信號(hào)表達(dá)式，并給出誤差信號(hào)隨腔長變化的曲線。設(shè)計(jì)了伺服電路，包

3、括比例積分電路和電壓偏置電路，給出整個(gè)伺服電路的時(shí)域輸出表達(dá)式。把整個(gè)PDH系統(tǒng)看作自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)自動(dòng)控制理論系統(tǒng)可分成三個(gè)部分：比較器、控制器和執(zhí)行器。分別對(duì)這三個(gè)部分建立了數(shù)學(xué)模型，并給出近似線性條件下各部分的傳遞函數(shù)，從而得出整個(gè)環(huán)路的開環(huán)、閉環(huán)及誤差傳遞函數(shù)。分析了系統(tǒng)干擾為階躍信號(hào)時(shí)，PDH鎖定系統(tǒng)的線性特性和非線性特性。
　　(3)基于推導(dǎo)的誤差信號(hào)表達(dá)式，分析整個(gè)系統(tǒng)中各器件參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。對(duì)調(diào)制信號(hào)頻率、

4、混頻器兩路信號(hào)的相位差、激光頻率、FP腔的腔鏡反射率、FP腔自由譜范圍等參數(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算與數(shù)值仿真分析，并把理論分析結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果一致。對(duì)于有些參數(shù)還給出了優(yōu)化值。
　　(4)通過分析溫度對(duì)FP腔的具體影響，給出了腔長隨溫度相對(duì)變化的表達(dá)式，說明溫控的必要性，設(shè)計(jì)恒溫控制系統(tǒng)并進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。
　　(5)測試了試驗(yàn)用光纖FP腔的基本技術(shù)參數(shù)及誤差信號(hào)曲線。最后進(jìn)行PDH腔長鎖定實(shí)驗(yàn)，分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明