相位調制器-PDH穩頻  PDH穩頻技術(shù)

在許多應用中，人們需要抑制激光器噪聲和穩定其工作波長(cháng)，應用包括引力波探測（參見(jiàn)2017年諾貝爾物理學(xué)獎LIGO項目），以及原子物理、光學(xué)頻率梳和量子計算中的量子態(tài)光譜探測。常見(jiàn)的主動(dòng)激光穩頻技術(shù)之一是Pound-Drever-Hall技術(shù)，該技術(shù)將激光的發(fā)射頻率鎖定在穩定、高精細度的諧振腔中。這項技術(shù)以Robert Pound, Ronald Drever and John L.Hall而命名。PDH技術(shù)早在1983年的《Applied Physics B》雜志上發(fā)表，“Laser phase and frequency stabilization using an optical resonator"。根據路透社2017年的報道，這篇論文被引用了2000多次。

“PDH方案具有難以置信的可靠性，真正成為了主流的鎖定機制。今天，這么多年過(guò)去了，我們仍在用它來(lái)嘗試制造線(xiàn)寬為幾mHz的超穩定激光器"。Jun Ye博士，NIST。

“PDH技術(shù)是一種非常智慧和可靠的方法，以非常干凈的方式獲得Error誤差信號。還有其他一些各具特色的技術(shù)，但老實(shí)說(shuō)，PDH技術(shù)絕對是迄今為止zui可靠的"。Pr Sylvain Gigan, Laboratoire Kastler Brossel.

PDH技術(shù)使用常見(jiàn)的光學(xué)外差光譜和射頻電子學(xué)方法，用標準具或法布里-珀羅F-P腔測量激光器的頻率，并將測量結果反饋給激光器，以抑制激光器的頻率偏差。其優(yōu)點(diǎn)包括響應時(shí)間可能比腔的響應時(shí)間更快。

PDH穩頻相位調制器選擇適合的調制器給PDH應用

下圖給出了PDH設置的示例。當激光器的頻率與腔的FSR（整數倍）*匹配時(shí)，反射光和漏光具有相同的振幅，并且相位差180°。因此兩束光相互干擾，反射光消失。

考慮到感興趣的激光源的窄線(xiàn)寬和所需的調制深度，iXblue開(kāi)發(fā)了一系列用于實(shí)現PDH技術(shù)的優(yōu)化型相位調制器。

PDH穩頻相位調制器與任何其他相位調制器相比，我們可以區分LN-0.1系列的優(yōu)點(diǎn)：

l  適應低頻：直流耦合至200 MHz調制頻率

l  專(zhuān)用于給定的波長(cháng)范圍。

l  極低的驅動(dòng)電壓Vπ.

l  低插入損耗（LIL選項）。

l  高輸入阻抗，提高調制效率。

l  NIR版本的高偏振消光比（PER）。

l  低剩余幅度調制（Residual Amplitude Modulation-RAM）設計（EP3009879A1）

低頻相位調制器的現實(shí)優(yōu)勢

為光通信應用而設計和開(kāi)發(fā)的普通高速(GHz)電光調制器在射頻線(xiàn)的末端具有50歐姆負載電阻終端，以減少射頻電反射。當在低頻率下工作時(shí)，這種高速相位調制器在射頻微波線(xiàn)路中有過(guò)高的電流，這導致焦耳效應的局部加熱。當頻率變得較低并且與熱效應的時(shí)間常數相當時(shí)，熱循環(huán)和散熱就成了一個(gè)問(wèn)題。因此，在加熱和冷卻過(guò)程中，電極、波導的物理特性會(huì )發(fā)生變化。

iXblue的LN-0.1相位調制器采用高輸入阻抗負載（10kΩ)抑制熱效應或電極線(xiàn)開(kāi)路(1 MΩ)的設計，PDH測試能證明這種調制器可在溫度變化時(shí)，性能穩定在一個(gè)大的溫度范圍內（-40℃到+85°C）

左圖： 50Hz信號時(shí)明顯有熱效應，上面曲線(xiàn)為射頻電信號，下面為光信號。

右圖： 50KHz信號時(shí)無(wú)熱效應，上面曲線(xiàn)為射頻電信號，下面為光信號。

當用電光調制器實(shí)現PDH技術(shù)時(shí)，在環(huán)境擾動(dòng)期間引起誤差信號的畸變和非預期的頻率偏移時(shí)RAM總會(huì )出現的。當系統的不穩定性逐漸降低到極低水平時(shí)，抑制或減輕RAM引起的頻率不穩定性就變得越來(lái)越重要。iXblue為PDH設計并優(yōu)化了專(zhuān)用于減小RAM的低頻相位調制器。RAM可以通過(guò)在調制器注入一個(gè)直流電壓而降低，該電壓對應于鈮酸鋰波導一個(gè)整體的負折射率變化。一個(gè)5-15V直流電壓足以將RAM降低>10 dB。LN-0.1系列內部嵌入高阻抗射頻負載終端，不會(huì )被直流信號所損壞。