如何搭建激光稳频的闭环控制系统
半导体激光器稳频简介简介
窄线宽连续激光器广泛应用于原子、分子以及物理光学领域，在精密测量设备中有着举足轻重的作用。那些并不带有波长稳频技术的激光器，其短时间稳定性不适合很多应用。本文档将会给您介绍一种简单而强大的主动稳频技术，控制并且稳定连续激光的波长，使其成为高精细光学谐振腔。精密光谱学和原子分子操控技术得益于该稳频技术，并且在过去的几十年发展迅猛。
影响激光器频率稳定性的因素有很多：温度变化、机械震动、大气变化、磁场等等。稳频的本质是保持谐振腔光程长度的稳定性。
下文中我们会介绍如何搭建激光稳频的闭环控制系统及其特点，和所需要的设备。
闭环控制基础
一个基本的反馈控制系统如下图描述。激光器输出的一部分光被探测器采集（鉴频器），输出误差信号，伺服控制器分析采样，并与标准频率对比，自动调节腔长，将激光频率恢复到特定的标准频率上，从而实现稳频的目的。
不同的激光器频率固有噪音以及线宽差异很大，主要依赖于谐振腔的设计，增益介质的特性，以及一些其他参数，比如固体激光器的泵浦源的波动，机械振动等等。在半导体激光器系统中，较大的自发辐射速率也会带来频率/相位的噪音。
为了探测到激光器的频率的波动，就需要一个非常稳定的参考频率做比较。常用的做法是利用一个高精细结构的法布里—珀罗腔，可以提供一定时间内的稳定性。法布里—珀罗腔的共振频率（vm）取决于腔长l，可以表述为：vm = m(c/2l)。谐振腔的机械结构随着时间会有漂移（长时间稳定不会很好），但是可以提供很好的短期稳定性（~秒）。为了将激光器的频率紧紧地锁在法布里—珀罗腔的共振频率上，必须要能快速的探测到该共振信号，并且具有较高的信噪比snr。这是反馈系统中ju有挑战的地方，而且会决定整个系统的性能。
pdh实验图，eom是电光调制器，
pbs：偏振分光镜，1/4：四分之一波片
激光器的频率和参考共振频率的差异经过鉴频器会转化为电压信号，鉴频器的转换效率d的单位为v/hz。鉴频器输出的电压，或者称为“误差信号”，可以有好几种方法获得。hao的办法是用f-p腔的相位特性稳频(pound-drever-hall,pdh)。首先利用电光调制器对激光做相位调制，在激光载波两侧产生两个振幅相等，相位相反的边频（忽略高阶边频）。f-p腔*与入射激光共振时，两边频被f-p腔反射的强度相等，它们与载频产生拍频后的信号大小相等，相位相反，故*抵消，输出误差信号为零。如果入射激光与f-p腔不*共振，两边频被f-p腔反射的强度不等，拍频后的信号相位相反，但强度不等，故输出误差信号不为零。误差信号经过校正电路输出到腔长控制器中，从而调节激光器谐振腔。
pdh稳频控制中需要使用要求比较苛刻的产品，new focus可以提供绝大部分，包括相位调制器(new focus型号4001或者4003)，低噪音光电探测器（型号16x1-ac系列）。
小结
上述稳频方法可应用于new focus可调谐半导体激光器tlb-7100，tlb-6700，tlb-6800系列。根据上述方法，自己搭建稳频系统，可以在一定程度上提高频率稳定性，但是仅仅作为一种稳频的开始。如果您需要让激光器达到更优越的性能，那么您需要考虑更多因素，如更高duan的伺服控制系统，更具稳定性的参考谐振腔结构等。
森泉为您的科研事业添砖加瓦：
1）激光控制：激光电流源、激光器温控器、激光器控制、伺服设备与系统等等
2）探测器：光电探测器、单光子计数器、单光子探测器、ccd、光谱分析系统等等
3）定位与加工：纳米定位系统、微纳运动系统、多维位移台、旋转台、微型操作器等等
4）光源：半导体激光器、固体激光器、单频激光器、单纵模激光器、窄线宽激光器、光通讯波段激光器、co2激光器、中红外激光器、染料激光器、飞秒超快激光器等等
5）光机械件：用于光路系统搭建的高品质无应力光机械件，如光学调整架、镜架、支撑杆、固定底座等等
6）光学平台：主动隔振平台、气浮隔振台、实验桌、刚性工作台、面包板、隔振、隔磁、隔声综合解决方案等等
7）光学元件：各类晶体、光纤、偏转镜、反射镜、透射镜、半透半反镜、滤光片、衰减片、玻片等等
8）染料：激光染料、荧光染料、光致变色染料、光致发光染料、吸收染料等等
频响法加阻抗法绕组变形测试仪的性能特点
明尼克——乙烯、丙烯单体中杂质分析
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影响激光器频率稳定性的因素有很多：温度变化、机械震动、大气变化、磁场等等。稳频的本质是保持谐振腔光程长度的稳定性。
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闭环控制基础
一个基本的反馈控制系统如下图描述。激光器输出的一部分光被探测器采集（鉴频器），输出误差信号，伺服控制器分析采样，并与标准频率对比，自动调节腔长，将激光频率恢复到特定的标准频率上，从而实现稳频的目的。
不同的激光器频率固有噪音以及线宽差异很大，主要依赖于谐振腔的设计，增益介质的特性，以及一些其他参数，比如固体激光器的泵浦源的波动，机械振动等等。在半导体激光器系统中，较大的自发辐射速率也会带来频率/相位的噪音。
为了探测到激光器的频率的波动，就需要一个非常稳定的参考频率做比较。常用的做法是利用一个高精细结构的法布里—珀罗腔，可以提供一定时间内的稳定性。法布里—珀罗腔的共振频率（vm）取决于腔长l，可以表述为：vm = m(c/2l)。谐振腔的机械结构随着时间会有漂移（长时间稳定不会很好），但是可以提供很好的短期稳定性（~秒）。为了将激光器的频率紧紧地锁在法布里—珀罗腔的共振频率上，必须要能快速的探测到该共振信号，并且具有较高的信噪比snr。这是反馈系统中ju有挑战的地方，而且会决定整个系统的性能。
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