锶光钟用激光和光纤相位噪声控制技术研究

发布时间：2017-04-14 01:10

  本文关键词：锶光钟用激光和光纤相位噪声控制技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着时代的进步,激光技术在工业生产和科学研究领域中的应用范围越来越广泛。为了实现多平台之间的激光信号传递,通常会采用光纤作为激光的传递媒介。但是在光纤传递激光的标准光学信号的过程中,常常会由于传输过程的一些因素而对光学信号产生一定的干扰。这些干扰主要包括由光纤传递引入的功率抖动和光纤相位噪声。在实验室的锶原子光晶格钟实验中,为了应对多变的实验环境和复杂的实验需求,达到利用光纤传递后的激光不仅保持功率的稳定,且可以同时进行时序性调控的目的。针对上述这一需求,文中采用了声光调制的方法,基于声光晶体的衍射效率随加载于其上的射频功率变化而变化这一基本原理,设计并搭建了一套激光功率的反馈控制系统,实现了激光功率的主动稳定以及功率设定值的时序性可控。在满足功率抖动抑制的同时,为了对光纤传递过程中引入的光纤相位噪声进行补偿,满足窄线宽激光频率标准信号传递的基本要求。文中再次采用了声光调制作为核心技术手段,以声光调制的基本原理为理论支持,利用了声光调制中的1级和-1级的衍射光频率会随驱动声光调制器的射频信号频率变化而发生改变的这一现象。设计并搭建了一套光纤传递的相位噪声抑制系统,实现了光纤传递时引入的光纤相位噪声的抑制,提升了光纤传递时光学信号的频率稳定度。本文对上述两套完成搭建的系统进行了实验测试,对得到的实验结果进行分析后得到了如下结论。在可时序性控制的激光功率稳定系统的工作过程中,激光能够根据时序控制信号稳定地工作在控制范围内的任意功率强度上。与无功率稳定系统的状态相比,经过光纤传递后的激光功率稳定度从10-2量级提升到了10-4量级,达到了国际上同类激光功率稳定系统的相同水平。与一般的功率稳定系统不同之处在于该系统能够对激光的功率进行稳定的时序控制。在光纤的相位噪声抑制系统中,利用了激光本身与其反射光进行自拍频的方法进行了光纤相位噪声信号的探测。并通过了锁相环路控制系统对传递过程中产生的光纤相位噪声进行了抑制。在最终的实验结果中,该系统有效的将拍频信号的频率线宽从102Hz的量级压窄到了10-1Hz的量级。与系统的开环状态的拍频信号稳定度相比,利用ALLAN偏差表征的频率稳定度从10-6量级提升到了10-12量级。以上数据表明该系统成功的抑制了光纤相位噪声对激光频率稳定度的影响。根据上述结果推出如果在实验中进一步采用超窄线宽激光提供标准的光学信号,该系统将能进一步的提升拍频信号的频率稳定度,达到国内外的领先水平。
【关键词】：测量 声光调制 时序控制 伺服反馈 相位噪声 锁相环路
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN24
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 1 绪论14-18
• 1.1 研究的目的和意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.3 本论文的主要研究内容17-18
• 2 声光调制器的原理及应用18-24
• 2.1 声光调制的基本原理18-21
• 2.1.1 声光效应和声光调制18-19
• 2.1.2 拉曼-奈斯衍射19-20
• 2.1.3 布拉格衍射20-21
• 2.2 声光调制驱动的设计21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 3 激光功率稳定系统的设计24-36
• 3.1 AOM驱动模块24-25
• 3.2 时序控制电路25-28
• 3.2.1 数据选择器的基本原理25-27
• 3.2.2 基于选择器的时序控制模块27-28
• 3.3 伺服控制电路28-33
• 3.3.1 PID控制的基本原理28-31
• 3.3.2 高速伺服控制系统的工作原理31-33
• 3.4 稳功系统的基本原理和实验装置33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 光纤的相位噪声抑制系统36-52
• 4.1 相位噪声的原理36-37
• 4.2 相位噪声抑制的原理37-39
• 4.3 相位噪声的测量39-41
• 4.4 锁相环路的原理和设计41-48
• 4.4.1 锁相环路的基本原理和组成41-44
• 4.4.2 光纤相位噪声抑制系统中的锁相环路设计44-48
• 4.5 光纤相位噪声抑制系统的原理和实验装置48-51
• 4.6 本章小结51-52
• 5 实验的结果与数据分析52-63
• 5.1 功率稳定系统的实验结果和分析52-55
• 5.1.1 系统的实验和稳定度的计算52-54
• 5.1.2 激光功率稳定系统时序控制分析54-55
• 5.2 光纤相位噪声抑制系统的实验结果和分析55-62
• 5.2.1 环路未锁定时的拍频信号分析55-57
• 5.2.2 进入环路锁定状态时的拍频信号分析57-59
• 5.2.3 激光频率稳定度的计算59-62
• 5.3 本章小结62-63
• 6 总结与展望63-65
• 6.1 论文的工作总结63
• 6.2 今后工作的展望63-65
• 参考文献65-68
• 作者简介68

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本文编号：304873