PDH穩(wěn)頻技術(shù)將激光頻率鎖定在高精細(xì)度光學(xué)諧振腔的共振頻率上翅睛，獲得頻率穩(wěn)定且窄線寬的激光。MOGLabs貓眼外腔半導(dǎo)體激光器提供了PDH穩(wěn)頻的方案捕发，借助超穩(wěn)腔疏旨，將激光器線寬降低至47Hz。
MOGLabs外腔半導(dǎo)體激光器PDH穩(wěn)頻技術(shù)
在高分辨率光譜檐涝、基本物理常數(shù)測(cè)量、冷原子系統(tǒng)和光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)等研究領(lǐng)域法挨，激光線的窄線寬以及頻率穩(wěn)定性是十分主要的參數(shù)谁榜，有著重要的應(yīng)用。特別是對(duì)于半導(dǎo)體激光器窃植，本身輸出激光線寬較大，需要通過各種技術(shù)來獲得穩(wěn)定頻率以及壓窄線寬荐糜，而Pound-Drever-Hall (PDH) 技術(shù)是目前最有效的激光到F-P腔的頻率鎖定技術(shù)之一撕瞧。將F-P腔的共振頻率作為參考，激光通過EOM或AOM進(jìn)行調(diào)制后狞尔，利用F-P腔的共振特性和光外差光譜檢測(cè)技術(shù)，得到具有良好鑒頻特性的色散型譜線偏序，生成尖銳的誤差信號(hào)（圖1）页畦，量化了實(shí)際頻率離參考點(diǎn)的距離。通過控制器所提供的伺服系統(tǒng)研儒，接收誤差信號(hào)并通過執(zhí)行器(通常是激光二極管電流和影響激光腔長(zhǎng)的壓電陶瓷)產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)豫缨《硕洌控制信號(hào)能有效調(diào)整激光頻率好芭，使誤差信號(hào)向零方向減小，如此一來閉環(huán)的反饋回路抑制了頻率的波動(dòng)舍败，將激光鎖定在光學(xué)諧振腔的共振頻率上，MOGLabs激光器提供了通過如此PDH技術(shù)穩(wěn)頻的可能性敬拓。
圖1：PDH產(chǎn)生的典型誤差信號(hào)
PDH技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：1）由于F-P腔可以具有極高的Q值邻薯，能滿足窄線寬激光穩(wěn)頻的要求2）F-P腔幾乎能適合各種波長(zhǎng)的激光系統(tǒng)，而不是像原子（分子）躍遷譜線中心頻率局限在某一特定的波長(zhǎng)上 3）由于參考頻率是F-P腔的共振頻率乘凸，腔體的材料和環(huán)境溫度會(huì)影響腔體穩(wěn)定、因此采用低膨脹系數(shù)材料制成腔體营勤，隔離外界震動(dòng)以減小F-P腔的共振頻率漂移灵嫌。4）通過對(duì)激光進(jìn)行射頻調(diào)制壹罚，避開激光幅度噪聲的影響，可以達(dá)到散粒噪聲的極限寿羞。
而PDH技術(shù)的關(guān)鍵在于F-P腔的設(shè)計(jì)，根據(jù)理想F-P腔的傳輸稠曼，大部分的入射光會(huì)被反射，只有當(dāng)激光頻率與諧振腔模式匹配客年，才能透射霞幅，使用反射系數(shù)更高的反射鏡增加了F-P腔的精細(xì)度，與較低的精細(xì)度(藍(lán)色)相比量瓜，產(chǎn)生了更尖銳的條紋(綠色)（圖2）。因此更高精細(xì)度的F-P腔作為參考頻率對(duì)于激光穩(wěn)頻能起到很大作用绍傲。同時(shí)對(duì)激光相位調(diào)制的調(diào)制度和調(diào)制頻率的選取扔傅，以得到高信噪比和良好控制靈敏度的鑒頻曲線，調(diào)制的頻率會(huì)高于腔模線寬的頻率烫饼；精密的伺服控制系統(tǒng)以及良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的執(zhí)行系統(tǒng)也是重要因素猎塞。
圖2：精細(xì)度與透射情況的關(guān)系
F-P腔共振的窄線寬意味著需要一個(gè)高帶寬的伺服控制器來鎖定激光到PDH誤差信號(hào)杠纵。通常腔線寬會(huì)小于激光器自由運(yùn)行的線寬荠耽，這意味著需要一個(gè)非潮仍澹快的控制環(huán)來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鎖頻铝量，對(duì)于壓窄線寬很有好處。MOGLabs 提供FSC100快速伺服控制器慢叨，為快反饋(激光電流)和慢反饋(壓電陶瓷)提供單獨(dú)可配置的控制回路。
圖3：PDH穩(wěn)頻的簡(jiǎn)化裝置圖
MOGLabs通過采用美國(guó)Stable Laser Systems公司生產(chǎn)的精細(xì)度為20000的超穩(wěn)腔务蝠，F(xiàn)SR 1.7 GHz拍谐，作為參考腔對(duì)MOGLabs貓眼外腔半導(dǎo)體激光器進(jìn)行穩(wěn)頻，配套相應(yīng)的DLC控制器以及FSC100伺服控制器（圖3）馏段。激光通過偏振分束器(PBS)和光纖耦合器(FC)接收到EOM中進(jìn)行調(diào)制赠尾。再通過PBS進(jìn)入包含高精細(xì)腔的真空室毅弧，觀察到微弱的透射气嫁。反射光束(紅色)的強(qiáng)度通過光電二極管(PD)進(jìn)行測(cè)量够坐，并與驅(qū)動(dòng)EOM的射頻信號(hào)相移后混合寸宵，經(jīng)過低通濾波產(chǎn)生誤差信號(hào)崖面。最后由快速伺服系統(tǒng)(FSC)處理梯影，并反饋給激光器(CEL)及其控制器(DLC)巫员，對(duì)激光頻率進(jìn)行控制甲棍。由于最后得到的線寬較窄简识，常規(guī)方法無法直接測(cè)量，MOGLabs運(yùn)用延遲自外差法感猛，借助2km長(zhǎng)的延遲線，最終測(cè)得使用PDH穩(wěn)頻法陪白，CEL貓眼激光器最終能將線寬壓窄至47Hz（圖4）颈走。
圖4：通過頻譜儀測(cè)得最終穩(wěn)頻激光線寬
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