（信号与信息处理专业论文）532nm+nd：yvo4ktp激光碘吸收稳频的研究.pdf

题目：5 3 盈1 r an d ：y v o j k t p 激光碘吸收稳颁的研究 前言 激光频标是将激光频率锁定在原子或分子的超精细能级间的跃迁频率上，从而获得很高的频率 稳定度和复现性的激光输出。频率稳定的激光是光通信、精密测长、精密定位、时闻和长度的精密 计量以及光谱学研究的保证。激光稳频研究在精密光谱测量中的重要应用是光谱数据在数据库中的 重要内容它不仅可应用于计量、物理、化学、生物等领域，也可应用于能源、精密控制、航天以 及医疗等广阔的领域。 激光频率的最早稳定方法是兰姆凹陷；后来又发展了分子( 甲烷、碘) 吸收稳频方法。由于碘 分子在5 3 2 波段有丰富的吸收谱线因此，此波段的单频激光在调谐范围内会与某一系列吸收谱 线相符合。使得碘吸收线中心频率处出现一个功率蜂。吸收峰产生的原因与增益饱和产生的兰姆凹 陷相似，所以在吸收中心频率处吸收变小而容易达到饱和，因而在吸收中心频率处形成一个罗仑兹 型的凹陷，相应在功率曲线上出现一个凸起的尖峰，通常称之为“反兰姆凹陷”，碘分子饱和吸收有 尖锐的峰。 在线性吸收的情况，常用一次微分曲线来做鉴频曲线。在饱和吸收的情况下，为了获得无多普 勒背景的信号，常采用三次谐波方法。为更好地消除吸收谱线的本底噪声，目前最好的稳频方案是 采用调制转移光谱法( m o d u l a t i o n t r a n s f e rs p e c t r o s c o p y ) 。调制转移光谱法( m t s ) 是采用射频调制 激光场、光相干探测及相敏解调，通过介质非线性极化的四波混频过程实现信号从射频调制光束向 未调制光束转移的光谱技术，它具有高灵敏度、高分辨率和无多普勒背景等特点，属于当前国际上 最先进的激光稳频技术之一。 国际上利用调制转移光谱技术已成功研制成高质量、高精度稳频的n d ：y a g 稳频激光器。 n r u i ( n a t i o n a lr e s e a r c hl a b o r a t o r yo fm e t r o l o g y 日本国家计量研究实验室) 、j i l a ( j o i n t i n s t i t u t ef o rl a b o r a t o r ya s t r o p h y s i c s 美国国家标准技术研究院与天体物理联合实验室) 以及 c o l o r a d o 大学于1 9 9 8 年进行了首次碘稳频的n d ：y a g 激光器5 3 2 n m 频率的国际比对。j i l a 的激光器 史无前例地在1 秒内的a l l a n 频率稳定度达5 x1 0 1 4 有望在1 0 0 秒内提高至5 x1 0 - 1 5 。2 0 0 0 年n r 山、 j i l a 的n d ：y a g 袖珍激光器搬运到澳大利亚国家计量实验室进行n d ：y a g 激光器5 3 2 n = 频率的国际比 对，在1 0 0 秒内频宰稳定废达5 x 1 0 - ”。 目前以激光二极管抽运的小型n d ：y v 0 4 固体激光器由于其输出频率与n d ：y a g 激光器相近、 但光一光转换更高而引起了人们的高度重视，中嗣科学院计量测试高技术联合实验室光频组于1 9 9 9 年在国际上首次检测到了n d ：y v o , 固体激光一组新的饱和吸收谱线，并于2 0 0 2 年对该激光器开始了 初步的频率稳定研究。我国华东师范大学、山西大学也对n d ：y v o , 固体激光进行了研究。 国际计量委员会于2 0 0 1 年推荐5 3 2 n m 碘吸收谱线的r ( 5 6 ) 3 2 0 跃迁的超精细谱线的a l o 分量 作为复现米定义的激光频标之一。近两年来发展的采用稳频飞秒激光测频的新方法可以对频标进行 直接的精确测量。极高稳定度的激光有望做成光学原子钟、成为时间和长度测量的基准，将给时间 和长度单位的统一带来历史性的飞跃。这对图防、通信、经济来说也是极端重要的。 光频标与光频测量的研究，经历了二十余年的发展历程后，由于飞秒激光器的出现与应用，在 近二年内出现了技术上的突破，激光专家们称之为具有里程碑意义的进展。2 0 0 1 年新推荐的频标类 别己由氦氖激光为主体的气体激光频标，转变成以离子额标、半导体和固体激光频标为主体的新型 前言i 题目：5 3 2 n m n d ：y v q 珏激光碘暇收稳频的研究 频标，这是当前光频标的发展趋势。 中国计量测试高技术联合实验室自1 9 9 9 年以来，为了进行光频标及其精密测量的技术创新研 究，开展了5 3 2 n m 碘稳定固体激光频标的研究： 采用独立创新的思路，研制了一种新型环形n d ：y v o , 激光器，在抽运功率为l - 5 时，1 0 6 4 n m 单频输出功率已大于5 0 m w ，倍频的5 3 2 r m 单频输出已大于1 0 m w 模式稳定，频率调谐范围大。本人 是在此基础上开展博士论文研究工作的。 论文具体工作如下： 1 研制一台2 a 激光电源 2 研制一套3 路温度控制器 3 研制一套激光电源控温器( 其中电流源带过流保护，额定电流3 a 。各参数可以切换显示) 4 设计、调试：低嗓声、高增益光电接收前置头 5 编写碘分子在5 3 2 n m 附近吸收谱线的理论计算程序 6 从理论上分析了碘分子调制谱线的特点，得到了调制谱线规律以及与激光稳频的关系 7 研究了自由运转激光的单频吸收线的激光晶体温度的匹配规律 8 合作完成采用三次谐波稳频技术得到碘吸收的三次谐波调制光谱并锁定激光频率，负责稳频 电子系统运转、光电信号的检测与谱线数据处理，研究超精细结构、与理论计算对比、并确定谱线 的分支。 9 台作研制一套调制频率为9 3 0 k 的调制转移稳频系统，负责电路制版、安装与调试 1 0 合作采用9 3 9 k 调制转移稳频得到碘吸收的调制转移光谱，负责电子设备的正常运行和电信 号的处理 1 1 研制一套调制频率为3 1 2 5 1 t 的调制转移稳频系统和稳频伺服电子系统 论文结构如下： 第一章介绍激光频率标准的研究历史和激光频率稳定的国际研究现状。 第二章介绍激光稳频的原理，着重分析了分子线性吸收的谐波稳频、饱和吸收的f l i 技术和调 制转移激光稳频的原理。 第三章分析碘分子的电子能缎结构。从理论上计算了5 3 2 r l m 附近碘分子b x 跃迁谱线的频 率( 波数) 、相对强度和相应的撮转能带。并且能给出相对应的超精细分裂的谱线图。 第四章介绍3 f 5 f 谐波稳频的原理：详细介绍了设计、调试光电转换模块及信号处理，噪声分 析与处理技术。 第五章介绍调制频率为9 3 0 k 的调制转移稳频的原理和电路。 第六章研究调制频率为3 1 2 5 k 的调制转移稳频的电路，并对窄带滤波做了详细的研究与介绍。 第七章研究在恒温、恒电流的条件下，单频环形n d ：y v o , 激光罂自由运转的特性，得到了基横 模情况下的单纵模、有碘吸收线的y v 0 4 与k t p 的温度匹配规搏。 第八章介绍稳频伺服电路系统的设计与调试，对各控制电路进行了仿真，分析了激光频事控制 的比例积分控制原理以及相应的电路的特性。 第九章采用3 f 稳频电路得到碘吸收的三次谐波调制光谱并锁定激光频率，不确定度在l o 量 级。 第十章采用9 3 0 k 调制转移稳频得到碘吸收的调制转移光谱。 前言- 2 题目：5 3 2 n mn d ：y v o 肛t p 激光碘吸收稳额的研究 摘要 碘吸收稳频的5 3 2 n mn d ：y a g 激光是国际米定义委员会推荐的激光频率标准之一，频率稳定 的5 3 2 n m n d ：y v o , d k t p 固体激光与y a g 激光在一段频率内重合，又因y v o 。激光结构简单、价格 低廉，既有可能作为小型实用激光频标，又可用于激光精密测量中的高精度稳频激光参考光源，国 内外对y v o 激光器以及其频率稳定的研究近年来引起广泛关注。碘吸收的激光稳频技术通常采用 饱和吸收的三次谐波和调制转移光谱m t s ( m o d u l a t i o nt r a n s f e rs p e c t r o s c o p y ) 技术。三次谐波技术 简单、易于实现，是实现小型稳频激光的最佳方案；调制转移技术因能获得几乎无背景噪声的光谱 信号的优点而被广泛地深入研究。其中作为参考频率的碘吸收谱线的超精细结构特点、调制转移的 吸收谱线和色散谱线的特性与调制频率的关系是稳频技术中的关键理论；如何获得低噪声调制信号 和解调信号以及设计针对激光频率不稳定特性的伺服响应快、增益太、噪声低的频率控制电子系统 是稳频研究的难点，本文对此在理论和工程上进行了深入的研究。 1 用量子力学理论，根据碘分子电子能级的经验拟合系数( d u n h a m 系数) ，计算了碘分子在 5 3 2 n m 波段的吸收谱线的强度、跃迁分支确认：并开发了该计算软件。理论计算的吸收谱线频率( 波 长) 与国际计量局公布的用y a g 激光器观察到的谱线数据完全吻合，同时计算了本联合实验室在 y v o 。激光器上观察到的吸收谱线，理论计算与实验结果完全一致，并且预言了一系列用y v q 激光 器有可能观察到的强吸收线，其中包括少数几条非基态跃迁谱线。利用量子力学的徽扰理论，对已 经观察到的谱线的超精细频率间隔进行了计算，与本实验室观察的超精细间隔基本吻合。该计算有 助于在理论上指导实验工作，快速、准确探索强吸收谱线和选择合适的、相对孤立的超精细谱线分 量作为频率锁定参考频率。 2 首次从物理学的基本原理出发，用信号处理的方法对激光稳频中的电光调制、碘吸收调制和 光电信号解调进行了系统地分析和研究。为了获得高稳定度的激光输出，选用碘分子吸收光谱线作 为参考频率。首先要对激光信号进行外调制电光调制e l e c t r i co p t i c a lm o d u l a f o n ( e o m ) ，调制后 的激光信号频谱在激光中心频率上下产生两个对称边带，它们与激光中心频率差等于调制频率的大 小；带有边带的激光信号进入碘室，如果激光中心频率不在碘吸收峰的中心频率上，由于碘分子的 吸收频谱呈洛仑兹( l o r e n t z ) 线形，出射的边带激光信号将产生幅度不对称。光电接收器因响应不 了光频，只能检测到不对称的边带激光信号与激光中心频率的拍频信号。因不对称使得拍频信号被 解调后不为零，此信号就是激光频率相对于碘吸收峰中心频率的偏差。即锁频信号，也是碘分子的 调制光谱信号。经理论推导得出规律：激光调制谱线信号含有吸收型和色散型两种：两种谱线是在 不同本振相位补偿条件下出现，且它们的鉴频敏感度与调制频率有着一定荚系：色散谱线鉴频敏感 度高但调制谱线太宽，锁频点受相邻谱线分量的影响太大而不利于频率锁定：吸收谱线调制窄但鉴 频敏感度较低。最后分析得出结论：实际调制谱线是吸收型和色散型的混合型，调节本振补偿相位 可选用吸收型比例成分大的混合型谱线，同时，调制频率选用与锁频参考谱线半宽的0 6 倍附近 这样鉴频敏感度也会较高。这个调制频率的选择是后续稳频电路设计的理论基础。 3 通过调节和控制激光器的l d 、y v 0 4 和k t p 的温度，研究了输出激光的特性。为了对激光 器的输出光频率进行控制，输出激光必须是基横模、单纵模且能观察到碘分子吸收线，经过大量的 实验研究发现：y v o 和k t p 的温度起主要作用。本实验室的y v 0 4 激光器温度调谐的波长范围是： 5 3 2 1 4 8 5 3 2 2 5 4 n m ，与y a g 激光波长调谐范围在长波段有一定的重叠通过调节温度和腔长能将 激光输出调谐到国际推荐的y a g ：5 3 2 2 4 5 n m 的r ( 5 6 ) 3 2 - 0 上。还成功地观察到了低波长的其它1 0 题目：s 3 如n d ：w 0 ，i ：r p 擞光碘哑收稳频的研究 条谱线的吸收线。最后总结了y v 0 4 和k t p 的溢度匹配与激光波长之间的对应规律，为下一步激光 频率稳定提供了必要的经验数据。对激光开环的稳定性进行了研究，经过用自制的高精密控温器对 l d 、y v o 。和k t p 严格控温在0 0 1 的精度内，可以观察到稳定时间约5 小时的激光单模吸收线， 理论估计频率稳定度在1o _ 9 量级，作为激光精密测量的参考光源已经成为可能。 4 采用三次谐波稳频技术初步研究了n d ：y v o g i c r p 固体激光器的频率稳定性。通过对激光器 的谐振腔的腔长加一个谐波信号对激光频率调谐。根据三次谐波稳频的理论，碘吸收后的激光信号 的幅度变化存在一次、三次和五次谐波信号，解调后它们分别是碘吸收谱线线形对频率偏差的一次、 三次和五次微分。用三倍频信号作为参考信号解调得到的直流输出就是三次谐波的频率偏差信号。 在线性吸收的情况，常用一次微分曲线来做鉴频曲线：在饱和吸收的情况下，为了获得无多普勒背 景的信号，常采用三次谐波方法。我们采用的三次谐波稳频系统调谐电压幅度为o 1 v ，对应调频幅 度3 m ；碘样品池长t 0 0i n l n ，碘池内气体压强由半导体制冷器温控调整，冷指温度为0 c ，此时碘 吸收谱线的超精细分量线宽约为2 m 。观察到碘分子的三次谐波调制光谱经理论认定是 p ( 8 2 ) 3 3 0 5 3 2 1 8 6 n m ，p ( 1 3 1 ) 3 6 0 5 3 2 1 8 7 r i m 和r ( 7 0 ) 3 6 1 0 5 3 2 1 8 9 r i m 。其中p ( 8 2 ) 3 3 - 0 的a l 和 a l o 分量均远离其相邻谱线，与理论计算相符，因此受相邻谱线影响很小，其测量不确定度可以达到 较高的水平。最后将激光频率锁定在p ( 8 2 ) 3 3 0 的a 。o 分量上，估算频率稳定度约在i x l 0 1 1 的量缀， 完全有可能成为经济实用型的激光频标。 5 采用调制转移光谱( m r s ) 技术对n d ：y v 0 4 激光器进行了稳频研究。在该技术中采用声光调 制器a c o u s t i co p t i c a lm o d u l a t o r ( a o m ) 对激光进行频移产生一定频率的频移作为通过碘室的探测 光，泵浦光用电光调制器e o m 进行外调制后，不会引起频率的调制振幅反向通过碘室与有频移 的探测光相会产生饱和吸收。因它们的频率不相同。不会产生干涉，可得到无系统背影基线的碘吸 收谱，产生信噪比极高的窄吸收峰信号属于当前国际上最先进的激光稳频技术之一。根据前面的 理论，如果碘室温度在0 c ，碘吸收谱线宽度约2 m ，所以选择调制频率1 m 附近比较合适。为了探 索最佳的调制频率，本振信号源采用频率连续可调的i , t a x 0 3 8 芯片。初次调试频率为9 3 0 k ，加在a o m 上的频率为8 0 m 。观察到了国际米定义咨询委员会( c c d m ) 推荐的9 组参考谱线之一r ( 5 6 ) 3 2 0 的 超精细结构，其真空波长测量值5 3 2 2 4 5 n m 前六位与国际推荐完全一致，可以确定这条谱线就是国 际推荐参考谱线r ( 5 6 ) 3 2 - 0 ，其超精细结构属于l ，4 ，4 i ，4 ，1 的结构。根据展宽的谱线分析，中心线 性较好、斜率较大，频率稳定度估计达到或优于1 0 4 l o ”量级。 6 在稳频系统中。电子伺服系统的性能指标是至关重要的。为了实现对激光频率的高精度锁定， 电子伺服系统要求设计并选择适台的p i d 闭环控制电路及参数，使稳频控制系统接近理想增益分布 和响应特性，达到最佳控制状态。本论文设计、模拟调试了频率偏差信号处理的s e r v o 电路。从稳 频伺服环路的特性分析了环路锁定的动态过程，从控制理论出发分析稳频伺服控制电路的特性。针 对激光频率不稳定的特性设计了相应的控制电路：预锁定、细锁定p i 电路以及快锁定、慢锁定电路。 对这些电路进行了详细的理论分析和软件仿真。最后分析了激光频率输出噪声的产生因素，并讨论 了降低回路噪声的办法。 为了提高调制转移谱线的信噪比，选用频率稳定度更高的晶振，更换晶振就可以改变调铝i 频率； 同时降低碘室温度到一1 5 ，使得参考谱线宽度变窄以便提高参考频率的稳定度，所以最后选择调制 频率3 1 2 5 k 。新的调制频率电路经过电路调试，信噪比有很大的改善，如果设计一个电路对激光的 功率噪声进行进一步抑制，新的调制频率下的频率稳定度有望提高i - 2 个数量级。 关键词固体激光：y v 0 4 , 频率稳定；伺服电路；三次谐波：调制转移 2 题目：5 3 2 n mn d ：y v 0 4 k t p 激光碘吸收稳频的研究 a b s t r a c t i o d i n es t a b i l i z a t i o n5 3 2 n mn d ：y a gl a s e r i so n eo fl a s e r f r e q u e n c y s t a n d a r d s r e c o m m e n d e db yc c d m p r e s e n t y e a r s ，l dp u m p e d m i n i - n d ：y v 0 4s o l i dl a s e ra r o u s e sw i d e a u e n t i o no fr e s e a r c h e r so v e rt h ew o r l d ，b e c a u s en d ：y v 0 4s o l i d l a s e rc a nb eu s e da s m i n i - l a s e rf r e q u e n c ys t a n d a r da sw e l la sh i g ha c c u r a c yr e f e r e n c el i g h ti nt h ea r e ao fl a s e r p r e c i s i o nm e a s u r e m e n td u et o i t s h i g ho p t i c a l c o n v e r s i o ne f f i c i e n c y ，t h es i m i l a rr a n g eo f o u t p u tf r e q u e n c yt oy a gl a s e r , s i m p l es t r u c t u r ea n dl o w c o s t t h ec o m m o n l yu s e dt e c h n i q u e s o fl a s e r f r e q u e n c ys t a b i l i z a t i o n a r e3 - r dh a r m o n i ca n dm o d u l a t i o nt r a n s f e rs p e c t r o s c o p y ( m t s ) m o l e c u l es a t u r a t e da b s o r p t i o ns p e c t r u ml i n ei sa d o p t e da sr e f e r e n c ef r e q u e n c yf o r f r e q u e n c ys t a b i l i z a t i o ni nb o t ho f t h e s et w o t e c h n i q u e s t h i r dh a r m o n i ci st h eb e s tp r o j e c tf o r m i n il a s e rf r e q u e n c ys t a b i l i z a t i o ns y s t e mb e c a u s ei ti sas i m p l et e c h n i q u ea n dc a nb ee a s i l y r e a l i z e d m t si sw i d e l 3 r e s e a r c h e dd e e p l yb e c a u s es p e c t r as i g n a ln e a r l yw i t h o u tb a c k g r o u n d n o i s e i nl a s e rf r e q u e n c ys t a b i l i z a t i o nt e c h n i q u e ，t h e r ea r es e v e r a lk e yt h e o r e t i c a lp r o b l e m sa s f o l l o w s ：t h ec h a r a c t e r i s t i c so f h y p e r f i n es p e c t r u mt h a ti ss e l e c t e da sr e f e r e n c ef r e q u e n c yf o r l o c k i n gf f e q u e n c g t h er e l a t i o nb e t w e e nm o d u l a t i o n s p e c t r u ml i n e s h a p e ( i n c l u d i n g a b s o r p t i o ns p e c t r u ma n dd i s p e r s i o ns p e c t r u m ) a n dm o d u l m i o n f r e q u e n c y , a n d o p t i m a lf r e q u e n c y l o c kh y p e r f i n ec o m p o n e n t o p t i m a lm o d u l a t i o nf r e q u e n c y i ti sd i f f i c u l t t oo b t a i n1 0 9 ：n o i s em o d u l a t i o n & d e m o d u l a t i o ns i g n a li nf r e q u e n c y l o c kc i r c u i t s t od e s i g n s e r v oc i r c u i t sw i t h q u i c kr e s p o n s e a n d h i g ha m p l i f i c a t i o n s u i t a b l et ot h e u n s t a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c so fl a s e rf r e q u e n c yi nt h er e s e a r c ho fl a s e ri r e q u e n c ys t a b i l i z a t i o n t h et h e s i s w i l lr e s e a r c ht h o r o u g h l yo nl a s e rf r e q u e n c ys t a b i l i z a t i o ni nt h e o r ya n dc i r c u i ta c c o r d i n gt ot h e p r o b l e m s m e n t i o n e da b o v e 1a b s o r p t i o ns p e c t r u mi n t e n s i t ya n dt r a n s i t i o na s s i g n m e n to fi o d i n em o l e c u l en e a r5 3 2 n ma r e c a l c u l a t e db yu s i n gq u a n t u mt h e o r ya c c o r d i n gt oe m p i r i c a ld u n h a mc o e f f i c i e n t so fe l e c t r o n i c e n e r g ys t a t eo fi o d i n em o l e c u l e t h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o ns o f t w a r ei sd e v e l o p e dt o o t h e r e s u l t so ft h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n ( w a v e l e n g t h f r e q u e n c ya n dt r a n s i t i o n ) c o n s i s t e n tw i t ht h e d a t ap u b l i c i z e db yc o m m i t t e ei n t e r n a t i o n a ld e sp o i d s e tm e s u r e s s e v e r a ls p e c t r u mo b s e r v e d i nj o i n tl a b o r a t o r yo fa d v a n c e dt e c h n o l o g yi nm e a s u r e m e n t sa r e a s s i g n e du s i n gt h e t h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n a n ds e v e r a li o d i n e a b s o r p t i o ns p e c t r a o fn d ：y v 0 4l a s e rw i t h r e l a t i v e l yh i g hi n t e n s i t ya r ep r e d i c t e d ，e s p e c i a l l yi n c l u d i n g n i n ee x c i t e ds t a t et r a n s i t i o n s t h e i n t e r v a l f r e q u e n c i e so fh y p e r f i n es p l i t t i n gc o m p o n e n t so b s e r v e di nj l a t m a r ec a l c u l a t e db y u s i n gp e r t u r b a t i o nt h e o r yo fq u a n t u m t h i st h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o ni sah e l p f u lg u i d a n c ef o r f i n d i n gh i g hi n t e n s i t ys p e c t r u mq u i c k l y a n d s e a r c h i n gr e l a t i v e l y i s o l a t e d h y p e r f i n e c o m p o n e n t so fs p e c t r u mt os t a b i l i z ef r e q u e n c y 3 题目：5 3 2 n mn d ：y v o 。k t p 激光碘吸收稳频的研究 2i ti st h ef i r s tt i m et h a ts i g n a l so fe l e c t r i c - o p t i c a lm o d u l a t i o n ，i o d i n ea b s o r p t i o nm o d u l a t i o n a n d p h a s e d e t e c t i n gd e m o d u l a t i o na r ea n a l y z e da n dr e s e a r c h e ds y s t e m a t i c a l l yb yu s i n gb o t h s i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n i q u ea n dp h y s i c sp r i n c i p l ei nl a s e rf r e q u e n c ys t a b i l i z a t i o n t h ec e n t r a l f r e q u e n c yo fi o d i n ea b s o r p t i o ns p e c t r u m i ss e l e c t e da st h er e f e r e n c e f r e q u e n c yo fl a s e r f r e q u e n c ys t a b i l i z a t i o ni no r d e rt og e th i 曲s t a b i l i t yo f l a s e rf r e q u e n c yo u t p u t f i r s t l y , l a s e r s i g n a li se x t e r n a l l ym o d u l a t e db y a ne o m ，w h i c hl e a d st w o s y m m e t r i cs i d e b a n d s t h ec e n t r a l f r e q u e n c y o f l a s e ri st h ec e n t e ro f t w o s y m m e t r i cs i d e b a n d sa n d t h ef r e q u e n c yi n t e r v a lo f t w o s i d e b a n d si sd o u b l ee o mm o d u l a t i o n f r e q u e n c y t h el a s e rs i g n a lw i t h s i d e b a n d si sm o d u l a t e d o p t i c a l l yb y l o r e n t zs h a p e l i n eo f i o d i n ea b s o r p t i o n i f c e n t r a lf r e q u e n c yo f l a s e ri sn o to nt h e p e a kf r e q u e n c yo f i o d i n ea b s o r p t i o nl i n e ，t w os i d e b a n d sw i l lb en o ts y m m e t r i ca f t e rb e i n g m o d u l a t e db yi o d i n e a b s o r p t i o n s ot h a t ，t h ed e m o d u l a t i o ns i g n a lo fb e a t i n gf r e q u e n c y b e t w e e ns i d e b a n d sa n dc e n t r a lf r e q u e n c yo fl a s e ri sn o tz e r o ，t h a ti se l t o rs i g n a l t h ec 1 t o r s i g n a l i sd e v i a t i o no fc e n t r a lf r e q u e n c yo fl a s e rw i t hp e a kf r e q u e n c yo fi o d i n ea b s o r p t i o n s p e c t r u m 。t h a t i s f r e q u e n c y - l o c ks i g n a l o rm o d u l a t i o n s p e c t r u ms i g n a l o fi o d i n et o o a c c o r d i n gt o t h et h e o r y , t h e r ea r et w ot y p e so fm o d u l a t i o n s p e c t r a ，a b s o r p t i o na n d d i s p e r s i o n ，b ya d j u s t i n gt h ec o m p e n s a t i o np h a s eo f d e m o d u l a t i o nr e f e r e n c es i g n a lf r o m l o c a lo s c i l l a t o r t h e r ei sa no p t i m a le o mm o d u l a t i o nf r e q u e n c ya tw h i c ht h es e n s i t i v i t yo f f r e q u e n c y d e t e c t i o n r e a c h e st h e g r e a t e s t d i s p e r s i o ns p e c t r u mh a sh i g hs e n s i t i v i t y o f f r e q u e n c y - d e t e c t i o n ，h o w e v e r ，t o ow i d e m o d u l a t i o ns p e c t r u mw i t hd i s p e r s i o n s p e c t r u m i s h a r m f u lf o r l o c k i n gf r e q u e n c y b e c a u s em o d u l a t i o n s p e c t r u ms i g n a l s o fn e i g h b o r h o o d h y p e r f i n ec o m p o n e n t si n f l u e n c el o c k f r e q u e n c ys i g n a l a b s o r p t i o ns p e c t r u mp o s s e s s e s n a r r o wm o d u l a t i o ns p e c t r u mb u tr e l a t i v el o ws e n s i t i v i t yo f f r e q u e n c y - 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