RP 系列激光分析设计软件 | 激光器的稳定

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有源方案稳定激光

有源稳定方案通常涉及某种电子反馈(有时是前馈)系统,其中一些参数的波动被转换成电信号,然后以某种方式作用于激光器。

例如:

可以使用如图1所示的方案来稳定激光器的输出功率。用光电二极管监测激光功率,并例如通过控制泵浦功率或激光谐振器内外的损耗来校正激光功率。通过这种方式,可以降低开启后的尖峰和稳态条件下的强度噪声。

注意,也可以通过作用于输出光束而不是激光器本身来降低强度噪声;请参阅关于噪音消除器的文章。

图1:二极管泵浦的固态激光器,带有稳定输出功率的反馈系统

单频激光器的光学频率,或者来自锁模激光器的频率梳的一行的频率,可以通过谐振器长度控制来稳定。反馈信号可以例如通过用第二激光器记录一个拍频信号、通过测量在非常稳定的参考腔或另一种干涉仪处传输或反射的功率、或者通过测量气室(例如碘气室)的传输(可能使用无多普勒激光吸收光谱)来获得。使用参考腔生成误差信号的常用技术是Pound–Drever–Hall方法[3,4],该方法使用发射到参考腔的光的弱相位调制。不需要这种调制的方案是Hänsch–Couillaud方法[2]。另一种方法是倾斜锁定,其中利用空间模式干扰[12,16,30]。
锁模激光器的载波包络偏移相位或频率的稳定(CEO稳定)可以基于例如利用干涉仪的相位测量和通过激光谐振器中的某个楔形或倾斜镜的反馈。这种稳定度对频率计量很重要。
通过比较光电二极管信号和电子参考振荡器的相位,可以监测锁模激光器脉冲的时序(时序抖动),并通过腔长控制等方法进行稳定。
通过光束位置测量(例如,使用四象限光电二极管)和通过压控谐振镜进行校正,可以稳定输出光束的指向方向。
利用这种有源系统实现的稳定性由诸如光检测噪声、控制元件的带宽、反馈电子设备的设计以及参考标准(例如光学参考腔)的稳定性等因素决定。

 

无源方案稳定激光

无源方案不涉及电子设备,完全基于光学效应。例如:

同步两个人的锁模激光器有可能通过交叉相位调制在一个克尔介质,其中两个激光器的腔内脉冲相遇。

激光器的频率可以通过稳定的参考腔的光反馈来稳定。(这也可以被认为是使用扩展的激光谐振器,是一种复合腔)。

通过克尔介质中的交叉相位调制,两个锁模激光器的同步成为可能,两个锁模激光器的内腔脉冲在克尔介质中相遇。激光器的光频也可以通过注入锁定来稳定,即从另一个激光器注入具有高稳定光频的光束。

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