高压放大器在模式清洁器过滤激光器噪声研究中的应用
实验名称：模式清洁器过滤激光器噪声
测试设备：高压放大器、电光调制器、功率分束器、相位延迟器、低通滤波器、比例积分器等。
实验过程：
图1：模式清洁器的锁定系统，(a)锁腔的电子回路，(b)鉴频曲线
实验中，模清洁器的腔体采用了热膨胀系数极小的殷钢材料，671nm和1.34μm模清洁器的精细度均为400，线宽均为750kHz。我们用Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术把模清洁器的腔长锁定到入射激光的共振频率处，671nm和1.34μm模清洁器的透射率分别为50%和60%。
图1(a)为利用PDH技术锁定模清洁器腔长的实验装置图。锁定模清洁器分为调鉴频信号和锁定两个步骤。调鉴频信号的过程如下：首先，信号源输出一个频率为30Hz的三角波，经高压放大器放大后用来驱动模清洁器中固定凹面镜的压电陶瓷(PZT)周期性地改变模式清洁器的腔长。同时高频信号源输出一个49MHz的正弦信号，功率分束器被用来将该调制信号等分为功率相等的两个信号S1和S2。其中，S1由功率放大器进行交流放大，然后再驱动电光相位调制器对入射的激光进行相位调制。S2作为本地信号，先经相位延迟器进行相位调节后，再进入到混频器与探测器输出的交流信号进行混频，混频信号经低通滤波器过滤掉高频信号后即可得到如图1(b)所示的误差信号，并通过优化相位延迟器的参数和调制信号的幅度获得最佳的鉴频曲线。然后撤掉周期性扫描腔长的三角波信号，把获得的误差信号经过比例积分微分器(PID)、高压放大器(HV)放大后反馈给模清洁器中固定凹面镜的PZT来控制其腔长，实现腔长的锁定。
实验结果：
图2：671nm/1.34μm双波长激光器输出激光的噪声特性；(a)为1.34μm激光的噪声特性，(b)为671nm激光的噪声特性
利用图1(a)所示的锁腔回路把模式清洁器的腔长锁定在入射激光器的共振频率后，在相同的谱仪参数下测量了分别经过各自模清洁器过滤后的671nm和1.34μm激光的噪声特性，结果如图2所示。图中曲线(i)为散粒噪声基准，(ii)和(iii)分别为671nm和1.34μm激光的强度和位相噪声，(iv)和(v)分别为671nm激光的强度和位相噪声。从图中可以看出，671nm和1.34μm激光的强度噪声均在1MHz处达到了SNL，位相噪声均在1.3MHz处达到了SNL。通过与未经模清洁器过滤的结果(图3)对比可发现，经模清洁器过滤后671nm/1.34μm激光的强度和位相噪声均得到了较好的改善。
图3：671nm/1.34μm双波长激光器输出激光的噪声特性；(a)为1.34μm激光的噪声特性，(b)为671nm激光的噪声特性
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