激光以其高亮度、單色性好、相干性好的顯著特性,在精密計(jì)量、引力波探測(cè)和信息科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如果利用激光實(shí)現(xiàn)光學(xué)原子鐘,便可使時(shí)間和長度標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到更高精度,然而激光頻率的穩(wěn)定性直接決定了光學(xué)原子鐘的精度,因此激光穩(wěn)頻技術(shù)的研究具有相當(dāng)重要的意義。Pound-Drever-Hall(PDH)穩(wěn)頻方法具有穩(wěn)定性高和伺服響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn),容易獲得窄線寬激光輸出,成為目前普遍采用的一種穩(wěn)頻方法。本文設(shè)計(jì)了一種正交解調(diào)數(shù)字PDH穩(wěn)頻方案,與傳統(tǒng)PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)相比,該方案避免使用移相器,并且電子噪聲更低,有利于提高激光頻率穩(wěn)定度。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下:第一,在分析傳統(tǒng)PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)組成及工作原理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了正交解調(diào)數(shù)字PDH穩(wěn)頻方案,并進(jìn)行了可行性分析。第二,設(shè)計(jì)了數(shù)字正交解調(diào)的硬件電路,主要包括放大電路,選頻電路和基于FPGA的數(shù)據(jù)處理模塊。利用Matlab軟件對(duì)硬件模塊的功能和參數(shù)進(jìn)行仿真,在QuartusⅡ軟件上仿真驗(yàn)證了源代碼設(shè)計(jì)、邏輯功能、引腳配置和布局布線,并利用Modelsim軟件驗(yàn)證了設(shè)計(jì)模塊時(shí)序和波形的正確性。第三,建立了單頻全固態(tài)激光器正交解調(diào)數(shù)字PDH穩(wěn)頻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并開展了激光鑒頻實(shí)驗(yàn)研究。利用Signal Tap Ⅱ軟件對(duì)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了板級(jí)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,在保證激光器以單縱模輸出的前提下進(jìn)行激光相位調(diào)制,通過光電探測(cè)器探測(cè)頻率漂移的誤差信號(hào),經(jīng)放大電路、選頻電路進(jìn)行預(yù)處理,再由高速ADC進(jìn)行采集,在FPGA中進(jìn)行正交解調(diào)處理,借助Matlab軟件計(jì)算獲得誤差信號(hào)的鑒頻線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)檢測(cè)到激光頻率的最大偏移量為10.444MHz,鑒頻靈敏度可達(dá)100.43mV/MHz。分析了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的誤差來源,主要包括剩余幅度調(diào)制、模式匹配等光路噪聲以及DDS頻譜、ADC轉(zhuǎn)化等硬件噪聲。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN24
【部分圖文】：

d 因此式（2.5）中只有余弦項(xiàng)存在，cos( t )項(xiàng)反應(yīng)了 F-P 腔號(hào)為：* *12 Re[ ( ) ( ) ( ) ( ) cos( )c s P P F F F F t 足夠大（ ），可以認(rèn)為兩個(gè)邊帶被腔完全反射，則有 F* * ( ) F ( ) F ( ) i Im[ F( )]為純虛數(shù)，因此式（2 t )項(xiàng)反應(yīng)了 F-P 腔的色散特性。此時(shí)的誤差信號(hào)為：* *22 Im[ ( ) ( ) ( ) ( )]sin( )c s P P F F F F t 分別對(duì)式（2.8）和式（2.7）進(jìn)行仿真，得到歸一化的 PDH線和吸收特性特性曲線如圖 2-3 所示，當(dāng)激光的中心頻率等于曲線比吸收曲線的斜率大，則靈敏度越高，能夠探測(cè)到頻率的曲線的控制范圍比吸收曲線寬，失鎖的可能性就越小。故選用頻系統(tǒng)的鑒頻曲線，因此在PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)中選擇的調(diào)制頻率較

c sA P P 頻率處，誤差信號(hào)與頻率頻率偏離量成正比，令8c sdP PK 21 0( ) J P分別是載波與一階邊帶功率，由式（2的功率，調(diào)制度和 F-P 腔的線寬有關(guān)。線寬越小知，當(dāng) F-P 腔的自由光譜范圍一定時(shí)，參考腔的量光學(xué)諧振腔損耗大小的物理量，所以，為了提率和低損耗的反射鏡作為 F-P 標(biāo)準(zhǔn)具的光學(xué)諧振（F-P）標(biāo)準(zhǔn)具的原理與技術(shù)參數(shù)多光束干涉原理核心裝置是 F-P 腔（F-P 標(biāo)準(zhǔn)具），它的原理示意

2 正交解調(diào)數(shù)字 PDH 穩(wěn)頻系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)P 標(biāo)準(zhǔn)具由兩片相隔固定距離的高反鏡組成的光學(xué)器件，其制論【41】。當(dāng) F-P 標(biāo)準(zhǔn)具的腔長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入射光的波長時(shí)，由多進(jìn)行描述得到透射光在場(chǎng)上任意一點(diǎn)的光強(qiáng)是：22141 sin(1 ) 2t iI IRR 光的光強(qiáng)， R 為反射率， 為相鄰兩光束的相位差。依據(jù)式（不同反射系數(shù)下，F(xiàn)-P 標(biāo)準(zhǔn)具的透射光強(qiáng)與相鄰兩光束的相位多光束干涉透射光曲線，見圖 2-5。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2847518