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PDH穩(wěn)頻技術(shù)中電光調(diào)制器的選擇
在許多應(yīng)用中，人們需要抑制激光器噪聲和穩(wěn)定其工作波長(zhǎng),，應(yīng)用包括引力波探測(cè)（參見2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)LIGO項(xiàng)目）,，以及原子物理、光學(xué)頻率梳和量子計(jì)算中的量子態(tài)光譜探測(cè),。最常見的主動(dòng)激光穩(wěn)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(wěn)定、高精細(xì)度的諧振腔中,。這項(xiàng)技術(shù)以Robert Pound, Ronald Drever and John L.Hall而命名,。PDH技術(shù)最早在1983年的《Applied Physics B》雜志上發(fā)表，“Laser phase and frequency stabilization using an optical resonator”,。根據(jù)路透社2017年的報(bào)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(jī)制,。今天，這么多年過去了，我們?nèi)栽谟盟鼇韲L試制造線寬為幾mHz的超穩(wěn)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(hào),。”。Pr Sylvain Gigan, Laboratoire Kastler Brossel.
PDH技術(shù)使用常見的光學(xué)外差光譜和射頻電子學(xué)方法,，用標(biāo)準(zhǔn)具或法布里-珀羅F-P腔測(cè)量激光器的頻率,，并將測(cè)量結(jié)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(yīng)時(shí)間可能比腔的響應(yīng)時(shí)間更快,。
選擇適合的調(diào)制器給PDH應(yīng)用
下圖給出了PDH設(shè)置的示例。當(dāng)激光器的頻率與腔的FSR（整數(shù)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寬和所需的調(diào)制深度，iXblue開發(fā)了一系列用于實(shí)現(xiàn)PDH技術(shù)的優(yōu)化型相位調(diào)制器,。
與任何其他相位調(diào)制器相比,，我們可以區(qū)分LN-0.1系列的優(yōu)點(diǎn)：
- 適應(yīng)低頻：直流耦合至200 MHz調(diào)制頻率
- 專用于給定的波長(zhǎng)范圍。
- 極低的驅(qū)動(dòng)電壓Vπ.
- 低插入損耗（LIL選項(xiàng)）,。
- 高輸入阻抗,，提高調(diào)制效率。
- NIR版本的高偏振消光比（PER）,。
- 低剩余幅度調(diào)制（Residual Amplitude Modulation-RAM）設(shè)計(jì)（EP3009879A1）
低頻相位調(diào)制器的現(xiàn)實(shí)優(yōu)勢(shì)
為光通信應(yīng)用而設(shè)計(jì)和開發(fā)的普通高速(GHz)電光調(diào)制器在射頻線的末端具有50歐姆負(fù)載電阻終端,，以減少射頻電反射。當(dāng)在低頻率下工作時(shí),，這種高速相位調(diào)制器在射頻微波線路中有過高的電流,，這導(dǎo)致焦耳效應(yīng)的局部加熱。當(dāng)頻率變得較低并且與熱效應(yīng)的時(shí)間常數(shù)相當(dāng)時(shí),，熱循環(huán)和散熱就成了一個(gè)問題,。因此，在加熱和冷卻過程中,，電極,、波導(dǎo)的物理特性會(huì)發(fā)生變化。
iXblue的LN-0.1相位調(diào)制器采用高輸入阻抗負(fù)載（10kΩ)抑制熱效應(yīng)或電極線開路(1 MΩ)的設(shè)計(jì),，PDH測(cè)試能證明這種調(diào)制器可在溫度變化時(shí),，性能穩(wěn)定在一個(gè)大的溫度范圍內(nèi)（-40℃到+85°C）
左圖： 50Hz信號(hào)時(shí)明顯有熱效應(yīng),，上面曲線為射頻電信號(hào)，下面為光信號(hào),。
右圖： 50KHz信號(hào)時(shí)無熱效應(yīng),，上面曲線為射頻電信號(hào)，下面為光信號(hào),。
當(dāng)用電光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)PDH技術(shù)時(shí),，在環(huán)境擾動(dòng)期間引起誤差信號(hào)的畸變和非預(yù)期的頻率偏移時(shí)RAM總會(huì)出現(xiàn)的。當(dāng)系統(tǒng)的不穩(wěn)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(wěn)定性就變得越來越重要,。iXblue為PDH設(shè)計(jì)并優(yōu)化了專用于減小RAM的低頻相位調(diào)制器。RAM可以通過在調(diào)制器注入一個(gè)直流電壓而降低,，該電壓對(duì)應(yīng)于鈮酸鋰波導(dǎo)一個(gè)整體的負(fù)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(nèi)部嵌入高阻抗射頻負(fù)載終端,，不會(huì)被直流信號(hào)所損壞,。
