實(shí)驗(yàn)名稱：高功率近紅外光梳系統(tǒng)研究

測(cè)試設(shè)備：功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、光頻移器、探測(cè)器、射頻分析儀、帶通濾波放大器等。

圖1：高功率近紅外光梳系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)過程：

圖1給出了高功率近紅外光纖光梳的結(jié)構(gòu)框圖，其中放大器輸出高功率脈沖經(jīng)過一個(gè)分束片后，約1W的功率被用于CEP零頻和重復(fù)頻率的探測(cè)，剩下被直接送入聲光頻移器。在光梳系統(tǒng)中，需要被精密控制的量主要包括了重復(fù)頻率fr和載波包絡(luò)零頻f0。在基于AOFS的CEP前饋式控制技術(shù)的幫助下，我們實(shí)現(xiàn)了CEP零頻f0的實(shí)時(shí)控制。

圖2：脈沖重復(fù)頻率的鎖定

鎖相環(huán)技術(shù)應(yīng)用于光梳系統(tǒng)時(shí)，光纖激光器本身就相當(dāng)于一個(gè)壓控振蕩器，它輸出的脈沖的重復(fù)頻率fr就是被鎖定的對(duì)象，如圖2所示。探測(cè)器探測(cè)到光脈沖后會(huì)輸出一系列電脈沖信號(hào)。該信號(hào)在射頻分析儀上顯示為以脈沖重復(fù)頻率為基次的一系列諧波信號(hào)峰。將該信號(hào)送到帶通濾波放大器后將輸出一個(gè)單一頻率的正弦波信號(hào)fx，再將該正弦信號(hào)fx與信號(hào)發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)frb進(jìn)行混頻，并用低通濾波器取其低頻誤差信號(hào)ferror=fx-frb。利用積分放大器PID對(duì)其放大后，再用一個(gè)功率放大器驅(qū)動(dòng)激光腔內(nèi)的壓電陶瓷，通過調(diào)節(jié)激光器的腔長便可實(shí)現(xiàn)激光器重復(fù)頻率的鎖定。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖3：（a）（b）（c）自由運(yùn)轉(zhuǎn)條件下激光器重復(fù)頻率的漂移和（d）鎖定后的重復(fù)頻率

在頻率計(jì)的幫助下，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了自由運(yùn)轉(zhuǎn)和鎖定后的脈沖重復(fù)頻率（如圖3）。在自由運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，激光器的重復(fù)頻率和零頻信號(hào)一樣會(huì)出現(xiàn)快漂和慢漂現(xiàn)象，而且它的變化并不具有明確的規(guī)律性。這主要是因?yàn)槲存i定的激光器腔長會(huì)受到多種因素的影響如機(jī)械振動(dòng)、溫度變化、氣流等等。這些因素中，溫度變化主要影響了激光器重復(fù)頻率fr的慢變過程。如圖3中（a）（b）（c）所示，這些數(shù)據(jù)是我們對(duì)同一臺(tái)激光器，不同時(shí)間段測(cè)得的結(jié)果?？梢娂す馄髦貜?fù)頻率的慢變的確對(duì)環(huán)境變化相當(dāng)敏感。通過鎖相電路，我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光器重復(fù)頻率的精確鎖定，結(jié)果如圖3中（d）所示。測(cè)得的fr鎖定精度為0.8mHz，中心頻率為64.3756MHz。由此我們獲得了重復(fù)頻率和載波包絡(luò)相位零頻均精確鎖定的光梳脈沖輸出。

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審核編輯 黃宇