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激光稳频锁相研究

作　者: 陶天炯
导　师: 徐云飞
学　校: 浙江大学
专　业: 光学
关键词: 半导体激光器锁相环激光稳频饱和吸收 PID 光锁相环
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,原子频标、引力波探测、物质波干涉测量、光学相干测量、超冷原子、量子信息、精密光谱等方向发展迅速,在这些领域都涉及到一种关键激光技术——激光稳频锁相技术,本文以外腔半导体激光为例讨论此项技术。首先从物理基础出发分析了半导体激光稳频锁相的可行性,它向外界提供了三个频率控制接口——温度、PZT和电流,分别响应各种频率的控制信号,使得激光器像电学中的VCO一样,满足激光稳频和锁相的要求。电学锁相环为激光锁相提供理论计算模型和分析工具,在本文第二章中加以阐述。本文第三章总结了激光稳频实验经验,比较详细地讨论了饱和吸收稳频法、双色稳频法和FVC稳频法,给出了相关的实验装置和实验结果,其中双色稳频法和FVC稳频法锁频初步结果为被锁激光的线宽在200KHz左右,此外还对调制转移稳频法做了较深入分析,并作了相关计算机模拟,为实验设计提供参考。本文第四章重点介绍了两套激光锁相的方案——外差锁相和分频锁相。这两套装置主要使用数字PID控制,可以加入模拟比例控制,实现相位涨落方差最小为0.03rad2,此外数字PID控制器可以和计算机连接,实现了由计算机控制锁相过程,调节参数,操作十分方便,数字PID控制激光锁相在国际国内也算尝试之举。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
插图清单  7-11
表格清单  11-12
目次  12-14
1 引言  14-16
2 半导体激光基础  16-36
  2.1 半导体受激辐射  16-26
  2.2 外腔调谐半导体激光器  26-34
  2.3 稳频锁相可行性分析  34-36
3 锁相环基础  36-62
  3.1 基本环路分析  37-46
  3.2 基本环路组件  46-58
  3.3 环路性能分析  58-62
4 激光稳频  62-100
  4.1 模拟PID控制器  62-72
  4.2 饱和吸收法稳频  72-85
  4.3 色法稳频  85-89
  4.4 调制转移稳频  89-96
  4.5 频率电压转换稳频  96-100
5 光锁相环  100-114
  5.1 外差法锁相  100-107
  5.2 分频法锁相  107-111
  5.3 光锁相环性能分析  111-114
6 总结和展望  114-115
参考文献  115-120
附录A枷元素数据  120-122
陶天炯简历  122

激光稳频锁相研究

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