激光稳频中的电光调制器及其相关效应研究

论文摘要

在精密测量实验中,经常需要使用波长稳定的激光,然而激光器的波长会由于外界环境的变化发生漂移,最后影响测量结果。为了抑制激光波长的漂移,人们通常的做法是将激光的频率锁定到原子的跃迁线。而要想得到稳频的误差信号,一般要对激光进行调制,电光相位调制器（EOM）就是一种非常重要的调制器件。在调制转移稳频实验中,EOM的调制频率是一个重要的参数,不同的调制频率对应着误差信号有不同的幅值和斜率,而一个大幅值和高斜率的误差信号往往能够将激光器锁定得更好。为此,本论文在自主研制的EOM器件的基础上,详细研究了EOM参数对调制转移稳频的影响。在研究EOM在稳频的相关效应之前,有一个特性已知的EOM是十分重要的,于是我们首先进行了EOM的研制。我们用铌酸锂晶体作为电光晶体,用电子束蒸发镀膜机给晶体镀上电极,采用LCR共振电路对输入信号进行放大,研制成了共振型的EOM。并通过拍频的办法,测量了自制EOM的共振频率和调制深度,分别为2-4 MHz和0.1-0.7 rad/V,比一些商用产品的调制深度更大。同时,也使用了更薄的晶体,研制成了大调制带宽（DC-160 MHz,0.03 rad/V）型EOM,满足在不同的调制频率下测量调制转移误差信号的实验要求。最后,为了使EOM能与光纤系统连接,使用光纤准直器实现了光纤和EOM之间的耦合,耦合效率达80%。EOM中的铌酸锂晶体不仅具有电光效应,同时还具有压电效应,为了评估压电效应对EOM调制的影响,本文从理论上推导了晶体的压电振动方程,结果表明,对于厚度为3 mm和1 mm的两个晶体,在调制频率分别为1.24×n MHz和3.71×n MHz时（其中n=1,3,5（43））,晶体会发生压电共振,边带的强度会变大,这和实验结果相吻合。利用这种现象,可以提升EOM的调制深度,同时,这也提示我们在不同的调制频率下测量调制转移的误差信号时,应该跳过这些压电频率共振点。紧接着我们把研制的EOM应用于调制转移稳频实验中,实现了激光的频率锁定。为了提高锁频的精度,我们通过改变EOM的调制频率,得到了不同调制频率下87Rb原子的调制转移谱线误差信号,当调制频率在6.1-9.2 MHz附近时,误差信号有较大的幅值和斜率,与理论预测相符合。为了研究锁频频率的稳定性,本文也研究了晶体的温度和磁场对锁频点的影响。就温度而言,激光的偏振应该尽量和晶体的主轴对齐,否者就会引入剩余幅度调制,导致锁频点的漂移,两者的夹角越大,漂移的幅度就越大,如果要使频率的漂移小于300 kHz,激光的偏振与晶体主轴的夹角应该小于5°。对于磁场,不论偏振是否重合,在0-8 G的磁场范围内调制,在100 kHz的分辨率下,都没有看到锁频点随磁场的漂移。最后我们对以后的工作进行了展望。首先,可以使用射频电感,进一步提高共振型EOM的共振频率;其次,在光纤耦合型EOM中,可以使用凝固速度更快的胶水,提升粘接的稳定性。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 电光调制器发展现状

1.3 硕士期间的工作

2 电光调制器制作及测试

2.1 电光调制器工作原理

2.2 电光调制器制作

2.3 电光调制器测试

2.4 光纤耦合型电光调制器研制

2.5 本章小结

3 影响电光调制器工作的因素研究

3.1 压电效应

3.2 电光调制器中的压电共振效应

3.3 压电效应对偏振的影响

3.4 本章小结

4 电光调制器在调制转移稳频中的应用

4.1 调制转移稳频的原理

4.2 不同调制频率下的误差信号

4.3 晶体温度和磁场对锁频的影响

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周航

导师: 胡忠坤,周敏康

关键词: 电光调制器,调制转移稳频,压电效应,铌酸锂晶体

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 华中科技大学

分类号: TN24;TN761

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.000769

总页数: 65

文件大小: 2186K

下载量: 120

激光稳频中的电光调制器及其相关效应研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢