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    PDH穩頻技術中電光調制器的選擇

    發布時間:2021-07-05   點擊次數:1083次

    在許多應用中,人們需要抑制激光器噪聲和穩定其工作波長,應用包括引力波探測(參見2017年諾貝爾物理學獎LIGO項目,以及原子物理、光學頻率和量子計算中的量子態光譜探測。最常見的主動激光穩頻技術之一是Pound-Drever-Hall技術,該技術將激光的發射頻率鎖定在穩定、高精細度的諧振腔中。這項技術以Robert Pound, Ronald Drever and John L.Hall而命名。PDH技術最早在1983年的《Applied Physics B》雜志上發表,“Laser phase and frequency stabilization using an optical resonator”。根據路透社2017年的報道,這篇論文被引用了2000多次。

     

    PDH方案具有難以置信的可靠性,真正成為了主流的鎖定機制。今天,這么多年過去了,我們仍在用它來嘗試制造線寬為幾mHz的超穩定激光器”。Jun Ye博士,NIST。

     

    PDH技術是一種非常智慧和可靠的方法,以非常干凈的方式獲得Error誤差信號。”。Pr Sylvain Gigan, Laboratoire Kastler Brossel.

     

    PDH技術使用常見的光學外差光譜和射頻電子學方法,用標準具或法布里-珀羅F-P腔測量激光器的頻率,并將測量結果反饋給激光器,以抑制激光器的頻率偏差。其優點包括響應時間可能比腔的響應時間更快。

     

    選擇適合的調制器給PDH應用

    下圖給出了PDH設置的示例。當激光器的頻率與腔的FSR(整數倍)*匹配時,反射光和漏光具有相同的振幅,并且相位差180°。因此兩束光相互干擾,反射光消失。

     

     

    考慮到感興趣的激光源的窄線寬和所需的調制深度,iXblue開發了一系列用于實現PDH技術的優化相位調制器。

     

    與任何其他相位調制器相比,我們可以區分LN-0.1系列的優點:

    • 適應低頻:直流耦合至200 MHz調制頻率
    • 專用于給定的波長范圍。
    • 極低的驅動電壓Vπ.
    • 低插入損耗(LIL選項)。
    • 高輸入阻抗,提高調制效率。
    • NIR版本的高偏振消光比(PER)。
    • 低剩余幅度調制(Residual Amplitude Modulation-RAM)設計(EP3009879A1)

     

    低頻相位調制器的現實優勢

    為光通信應用而設計和開發的普通高速(GHz)電光調制器在射頻線的末端具有50歐姆負載電阻終端,以減少射頻電反射。當在低頻率下工作時,這種高速相位調制器在射頻微波線路中有過高的電流,這導致焦耳效應的局部加熱。當頻率變得較低并且與熱效應的時間常數相當時,熱循環和散熱就成了一個問題。因此,在加熱和冷卻過程中,電極、波導的物理特性會發生變化。

     

    iXblue的LN-0.1相位調制器采用高輸入阻抗負載(10kΩ)抑制熱效應或電極線開路(1 MΩ)的設計,PDH測試證明這種調制器可在溫度變化時,性能穩定在一個大的溫度范圍-40℃到+85°C)

     

     

    左圖: 50Hz信號時明顯有熱效應,上面曲線為射頻電信號,下面為光信號。

    右圖: 50KHz信號時無熱效應,上面曲線為射頻電信號,下面為光信號。

     

    當用電光調制器實現PDH技術時,在環境擾動期間引起誤差信號的畸變和非預期的頻率偏移RAM總會出現的。當系統的不穩定性逐漸降低到極低水平時,抑制或減輕RAM引起的頻率不穩定性就變得越來越重要。iXblue為PDH設計并優化了專用RAM低頻相位調制器。RAM可以通過在調制器注入一個直流電壓降低,該電壓對應于鈮酸鋰波導一個整體的負折射率變化。一個5-15V直流電壓足以將RAM降低>10 dB。LN-0.1系列內部嵌入高阻抗射頻負載終端,不會被直流信號損壞。

     

     




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