雙頻Nd-YAG激光器數(shù)字Pound-Drever-Hall穩(wěn)頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)及解調(diào)技術(shù)研究.pdf

1、激光二極管泵浦的雙腔雙頻Nd∶YAG激光器可作為合成波絕對(duì)距離干涉測(cè)量的理想光源，絕對(duì)距離干涉測(cè)量精度由合成波長(zhǎng)的大小及其穩(wěn)定性決定，合成波長(zhǎng)的大小取決于雙頻激光的頻差大小，而合成波長(zhǎng)的穩(wěn)定性取決于雙頻激光的頻差穩(wěn)定性。當(dāng)雙頻激光的頻率穩(wěn)定時(shí)，其頻差也就隨之穩(wěn)定。因此，為了滿(mǎn)足絕對(duì)距離干涉測(cè)量要求，不僅要求雙頻Nd∶YAG激光器能夠產(chǎn)生一定頻差大小的雙頻激光輸出，而且還必須保證雙頻激光的頻率和頻差的穩(wěn)定性。即使采用減振、控溫、密封等被動(dòng)

2、穩(wěn)頻措施也難以保證自由運(yùn)轉(zhuǎn)雙頻Nd∶YAG激光器頻率和頻差的穩(wěn)定性，因此必須對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)穩(wěn)頻。
　　論文首先綜述了國(guó)內(nèi)外激光穩(wěn)頻技術(shù)研究現(xiàn)狀，分析了相位調(diào)制光外差穩(wěn)頻(即Pound-Drever-Hall，PDH)方法的基本原理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了單頻Nd∶YAG激光器數(shù)字PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)方案，實(shí)驗(yàn)研究了1064nm單頻Nd∶YAG激光器的振蕩模譜及相位調(diào)制模譜特性;采用自由光譜范圍為375MHz、精細(xì)度為421的Fabry-Pero

3、t腔作為頻率參考基準(zhǔn)，理論分析了調(diào)制頻率和調(diào)制深度對(duì)PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)誤差信號(hào)的幅值、線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度的影響規(guī)律，并用Matlab仿真軟件分析得到最佳調(diào)制頻率(10MHz)和最佳調(diào)制深度(1.082);設(shè)計(jì)了雙腔雙頻Nd∶YAG激光器數(shù)字PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)方案，通過(guò)兩套獨(dú)立的光外差探測(cè)系統(tǒng)和數(shù)字解調(diào)控制系統(tǒng)，將雙腔雙頻Nd∶YAG激光器的兩個(gè)工作頻率穩(wěn)定在同一Fabry-Perot參考腔的兩個(gè)諧振頻率處;采用Multisim軟件對(duì)1064n

4、m單頻激光器PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)進(jìn)行了建模與仿真，得到了穩(wěn)頻系統(tǒng)鑒頻曲線(xiàn)，為PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)提供參考。
　　另外，在分析PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)傳統(tǒng)解調(diào)法和同步解調(diào)測(cè)相法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種數(shù)字PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)正交解調(diào)方案，詳細(xì)分析了正交解調(diào)方案中直接數(shù)字式頻率合成(DirectDigitalSynthesizer，DDS)模塊、混頻模塊、級(jí)聯(lián)積分-梳狀(CascadedIntegrator-Comb，CIC)抽取濾波器模塊、半帶(Half

5、-Band，HB)抽取濾波器模塊、有限脈沖響應(yīng)(FiniticImpulseResponse，F(xiàn)IR)低通濾波器模塊的原理、功能，并給出了MatLab設(shè)計(jì)方法和FPGA實(shí)現(xiàn)方法，并通過(guò)FPGA對(duì)這種正交解調(diào)方案進(jìn)行了可行性驗(yàn)證。
　　綜上所述，本論文主要設(shè)計(jì)了雙腔雙頻Nd∶YAG激光器數(shù)字PDH穩(wěn)頻方案，對(duì)穩(wěn)頻系統(tǒng)中的激光振蕩模譜和激光相位調(diào)制特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)進(jìn)行了Multisim建模仿真分析，設(shè)計(jì)的正交解調(diào)方