雙頻Nd-YAG激光器數(shù)字Pound-Drever-Hall穩(wěn)頻系統(tǒng)設計及解調技術研究.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距離干涉測量的理想光源，絕對距離干涉測量精度由合成波長的大小及其穩(wěn)定性決定，合成波長的大小取決于雙頻激光的頻差大小，而合成波長的穩(wěn)定性取決于雙頻激光的頻差穩(wěn)定性。當雙頻激光的頻率穩(wěn)定時，其頻差也就隨之穩(wěn)定。因此，為了滿足絕對距離干涉測量要求，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

2、穩(wěn)頻措施也難以保證自由運轉雙頻Nd∶YAG激光器頻率和頻差的穩(wěn)定性，因此必須對其進行主動穩(wěn)頻。
　　論文首先綜述了國內外激光穩(wěn)頻技術研究現(xiàn)狀，分析了相位調制光外差穩(wěn)頻(即Pound-Drever-Hall，PDH)方法的基本原理，在此基礎上設計了單頻Nd∶YAG激光器數(shù)字PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)方案，實驗研究了1064nm單頻Nd∶YAG激光器的振蕩模譜及相位調制模譜特性;采用自由光譜范圍為375MHz、精細度為421的Fabry-Pero

3、t腔作為頻率參考基準，理論分析了調制頻率和調制深度對PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)誤差信號的幅值、線性動態(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制頻率(10MHz)和最佳調制深度(1.082);設計了雙腔雙頻Nd∶YAG激光器數(shù)字PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)方案，通過兩套獨立的光外差探測系統(tǒng)和數(shù)字解調控制系統(tǒng)，將雙腔雙頻Nd∶YAG激光器的兩個工作頻率穩(wěn)定在同一Fabry-Perot參考腔的兩個諧振頻率處;采用Multisim軟件對1064n

4、m單頻激光器PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)進行了建模與仿真，得到了穩(wěn)頻系統(tǒng)鑒頻曲線，為PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)的電路設計提供參考。
　　另外，在分析PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)傳統(tǒng)解調法和同步解調測相法的基礎上，設計了一種數(shù)字PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)正交解調方案，詳細分析了正交解調方案中直接數(shù)字式頻率合成(DirectDigitalSynthesizer，DDS)模塊、混頻模塊、級聯(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(FiniticImpulseResponse，F(xiàn)IR)低通濾波器模塊的原理、功能，并給出了MatLab設計方法和FPGA實現(xiàn)方法，并通過FPGA對這種正交解調方案進行了可行性驗證。
　　綜上所述，本論文主要設計了雙腔雙頻Nd∶YAG激光器數(shù)字PDH穩(wěn)頻方案，對穩(wěn)頻系統(tǒng)中的激光振蕩模譜和激光相位調制特性進行了實驗研究，對PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)進行了Multisim建模仿真分析，設計的正交解調方