[科普中国]-频率锁定

含义

目前稳定激光频率的方法有两种:一种是被动稳定，即通过降低环境振动、减小激光腔内空气流动、对环境温度进行控制等将激光频率控制在一定的范围;另一种是主动稳定，这就是通常意义上的基于误差信号反馈的频率锁定技术。1

激光频率频率锁定主要有三部分:激光相对于参考频率的误差信号、激光频率控制器件以及比例积分微分(PID)控制电路，而误差信号的产生是频率锁定的核心之一。经过频率锁定后，激光的中心频率被绝对或者相对稳定到某一参考频率处，同时激光的线宽也能被有效地压窄。因此如何产生一种稳定、信噪比高的误差信号就成为频率锁定的研究目标。通常作为激光频率锁定参考的可以是几兆赫兹的原子饱和吸收线、几百兆赫兹的原子吸收线以及腔模宽度在千赫兹到兆赫兹的光学腔。

目前可以获得激光到腔模参考误差信号的方法主要有:Pound-Drever-Hall ( PDH)技术、Hansclh-Couillaud(HC)技术、低频调制技术、空间模干涉技术、边模偏频锁定技术等。其中PDH技术相对于其他技术由于采用了频率调制(FM)技术而使得误差信号信噪比更高，可以获得更大带宽的频率锁定。其基本原理是激光被电光调制器(EOM)调制后入射到光学腔，腔反射光由环形器提取后被高速探测器探测，获得的光强信号与经过移相后的调制信号进行混频，通过调节相位获得色散信号即可作为误差信号来实现频率锁定。1