半导体激光器锁相环激光稳频饱和吸收PID光锁相环论文.doc

激光稳频锁相研究【摘要】 近年来,原子频标、引力波探测、物质波干涉测量、光学相干测量、超冷原子、量子信息、精密光谱等方向发展迅速,在这些领域都涉及到一种关键激光技术激光稳频锁相技术,本文以外腔半导体激光为例讨论此项技术。首先从物理基础出发分析了半导体激光稳频锁相的可行性,它向外界提供了三个频率控制接口温度、PZT和电流,分别响应各种频率的控制信号,使得激光器像电学中的VCO一样,满足激光稳频和锁相的要求。电学锁相环为激光锁相提供理论计算模型和分析工具,在本文第二章中加以阐述。本文第三章总结了激光稳频实验经验,比较详细地讨论了饱和吸收稳频法、双色稳频法和FVC稳频法,给出了相关的实验装置和实验结果,其中双色稳频法和FVC稳频法锁频初步结果为被锁激光的线宽在200KHz左右,此外还对调制转移稳频法做了较深入分析,并作了相关计算机模拟,为实验设计提供参考。本文第四章重点介绍了两套激光锁相的方案外差锁相和分频锁相。这两套装置主要使用数字PID控制,可以加入模拟比例控制,实现相位涨落方差最小为0.03rad2,此外数字PID控制器可以和计算机连接,实现了由计算机控制锁相过程,调节参数,操作十分方便,数字PID.更多还原【Abstract】 Recently, atomic frequency standard, gravitational wave detection, matter wave interferome-try, optical interferometry, ultra cold atom, quantum information and precision spectroscopy have been well developed. All of these fields employ the technology of laser phase and frequency stabi-lization as a basic key tool. This paper takes external cavity diode laser as an example to distribute the technology above. The paper first analyzes the feasibility of laser phase and frequency lock from physical.更多还原 【关键词】 半导体激光器； 锁相环； 激光稳频； 饱和吸收； PID； 光锁相环； 【Key words】 semiconductor laser； phase lock loop； laser frequency stabilization； saturation absorption； PID； optical phase lock loop； 摘要 5-6 Abstract 6 插图清单 7-11 表格清单 11-12 目次 12-14 1 引言 14-16 2 半导体激光基础 16-36 2.1 半导体受激辐射 16-26 2.2 外腔调谐半导体激光器 26-34 2.3 稳频锁相可行性分析 34-36 3 锁相环基础 36-62 3.1 基本环路分析 37-46 3.2 基本环路组件 46-58 3.3 环路性能分析 58-62 4 激光稳频 62-100 4.1 模拟PID控制器 62-72 4.2 饱和吸收法稳频 72-85 4.3 色法稳频 85-89 4.4 调制转移稳频 89-96 4.5 频率电压转换稳频 96-100 5 光锁相环 100-11