PDH技术激光稳频特性研究

论文摘要

窄线宽稳频激光器在高分辨光谱、基本物理常数测量、冷原子系统和光学频率标准等研究领域有着重要的应用。为了获得频率稳定且窄线宽的激光,可以采用Pound-Drever-Hall（PDH）技术将激光频率锁定在高精细度光学谐振腔的共振频率上。本文主要以PDH技术为手段,开展了对He-Ne激光器频率稳定特性的理论和实验研究。本文首先回顾了PDH技术的原理和特点,从理论上分析了电光相位调制的调制频率、调制度对光学谐振腔相位调制光外差光谱色散型谱线线型和鉴频曲线斜率的影响;讨论了Fabry-Perot（F-P）腔的线宽、模式匹配以及稳定度等因素对光外差光谱线型及对激光稳频的影响,并由此设计了一种合适的F-P腔用于He-Ne激光器频率锁定。实验上,制作了电光相位调制器和F-P腔,测量了F-P腔的相关参数。建成了利用PDH技术的激光稳频系统,将He-Ne激光器的频率锁定在F-P腔的共振频率上。通过该稳频激光器与另一台利用双纵模稳频的He-Ne激光器拍频,从而得到锁定在F-P腔上He-Ne激光器频率的稳定度。实验结果表明,锁定在光学参考腔上激光器的频率稳定度为10-10量级（1 s积分时间）和10-11量级（100 s积分时间）,实验还观测了温度变化所引起的频率漂移情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 本文概述
• 第二章 Pound-Drever-Hall稳频技术
• 2.1 Pound-Drever-Hall（PDH）技术的原理
• 2.2 相位调制光外差原理
• 第三章 Fabry-Perot腔的基本原理与技术参数
• 3.1 F-P腔的基本原理
• 3.2 光学谐振腔的设计
• 3.3 调制度、调制频率的选取对色散谱线线型、鉴频曲线斜率的影响
• 3.4 激光器与F-P腔的模式匹配
• 3.5 拍频方法测量频率稳定性
• 第四章 运用Pound-Drever-Hall技术锁定He-Ne激光器
• 4.1 运用PDH技术锁定He-Ne激光器
• 4.2 利用信号发生器锁定双纵模He-Ne激光器
• 4.3 锁定在F-P腔上激光器与双纵模稳频激光器的拍频实验
• 4.4 讨论
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢