[實用新型]一種抑制激光器單頻相位噪聲的系統

有效

• 申請號: 201921768489.1
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN210693007U
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 陳婷;謝藝;歐保全;秦青青;吳偉;陳平形
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/107
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 洪銘福

本實用新型公開了一種抑制激光器單頻相位噪聲的系統，其包括：激光器，用于產生激光光束；光隔離器，輸出第一激光光束，以隔離第一激光光束返回激光器；相位噪聲抑制模塊，用于消除第一激光光束的單頻相位噪聲，并輸出第二激光光束；PDH穩頻模塊，通過將第二激光光束進行邊帶調制處理和共振鎖定處理，以輸出頻率誤差信號；第一伺服回路模塊，用于對頻率誤差信號進行運算，以輸出頻率調節信號；激光控制器，用于輸出控制信號以控制激光器，并根據頻率調節信號對控制信號進行調節，以糾正激光器頻率誤差，并使激光器輸出穩頻激光。通過本實用新型公開的抑制激光器相位噪聲的系統可有效抑制激光器的相位噪聲。

技術領域

本實用新型涉及激光噪聲領域，尤其是一種抑制激光器單頻相位噪聲的系統。

背景技術

自上世紀60年代激光器誕生以來，激光器相關技術迅速發展。由于激光具有良好的單色性、長的相干時間以及好的方向性，在科研和工業領域都得到了廣泛的應用。在一些光譜實驗中，如光譜探測、光頻標、量子計算等領域對激光器的性能也提出了更高的要求，包括窄線寬，單縱模等。但是在使用過程中發現，激光器出射的激光并不是理想的單頻振蕩，而是存在著噪聲，即在頻率、相位和幅度上發生隨機漲落。噪聲的存在對于很多研究領域如原子鐘、量子計算、光學傳感、相干通信以及引力波探測等來說，會產生負面影響。所以激光噪聲的抑制有著重要意義。

激光器的噪聲包括光功率噪聲和相位噪聲，其中抑制相位噪聲的方法比較常用的有：1.將激光器的頻率鎖定到原子吸收譜；2.將激光器鎖定到一個穩定的光學諧振腔。在這兩種方法的基礎上，激光的線寬已經能被壓窄到mHz量級水平，當線寬壓窄到一定程度時，某些噪聲成分會被體現出來。在鈦寶石激光器等激光類型中，會用到標準具來穩定輸出激光的頻率，其中需要調制標準具的長度，這類調制信號引起的噪聲具有單一頻率，幅度超過一般噪聲，對精密光譜實驗具有較大的影響。實驗發現，上述噪聲抑制技術對于噪聲的抑制效果都不理想。

對于激光的相位噪聲的測量，目前主要有如下方法：對于線寬在兆赫茲量級以上的激光，可采用掃描F-P干涉儀的方法進行測量。而對于線寬更窄的激光測量的方法一般有三種：一種方法是通過將兩臺頻率和性能接近的激光器進行光外差混頻，將光頻信號變換到電學頻段。兩臺激光器只能估計激光的線寬；要測量噪聲頻譜需要三臺激光器進行兩兩拍頻，通過相關分析可以獲知各個激光器的頻譜成分。多臺激光器的方案代價較高，不適合一般實驗室的情況。第二種方法是通過延時自拍頻技術來實現的。該方法主要有利用長光纖、光纖環以及基于邁克爾遜干涉儀的延時自拍頻等技術來進行激光噪聲的測量。這種方法對于環境的影響比較敏感。對于噪聲的抑制，目前可行的方案較少，一種是在光學諧振腔穩頻技術的基礎上利用光學諧振腔的透射光進行注入鎖定，并進一步進行光放大的方法來實現激光的輸出。由于超穩腔透射功率通常不大，這種方法需要采用多級放大的結構，較為復雜。

實用新型內容

本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本實用新型的一個目的是提供一種抑制激光器單頻相位噪聲的系統。

本實用新型所采用的技術方案是：

第一方面，本實用新型提供一種抑制激光器單頻相位噪聲的系統，包括：

激光器，用于產生激光光束；

光隔離器，允許所述激光光束單向輸入，并輸出第一激光光束，以隔離所述第一激光光束返回所述激光器；

相位噪聲抑制模塊，用于消除所述第一激光光束的單頻相位噪聲，并輸出第二激光光束；

PDH(Pound-Drever-Hall)穩頻模塊，通過將所述第二激光光束進行邊帶調制處理和共振鎖定處理，以輸出頻率誤差信號；

第一伺服回路模塊，用于對所述頻率誤差信號進行運算，以輸出頻率調節信號；