Moku係列国产欧美在线，集成了實驗室通用的多種科研電子儀(yi) 器，大大減少了實驗室的空間和係統間複雜的連接。如Pound-Drever-Hall (PDH）穩頻国产成人在线观看免费网站，我們(men) 使用一台Lab替換了幾個(ge) 複雜的電子設備，並使用PDH技術將Innolight Prometheus激光器的頻率鎖定在一個(ge) 超穩腔內(nei) 。
Moku：Pro/Lab/Go的激光穩頻一體(ti) 化解決(jue) 方案
Pound-Drever-Hall（PDH）技術是一種主動鎖頻技術，是目前激光穩頻係統中性能較好的手段之一，由 R.V. Pound，Ronald Drever 和 John L在19831年提出的。利用Fabry-Perot（F-P）腔穩頻的激光係統是常見的一種穩頻方法。當激光被射入一個(ge) F-P腔中時，它會(hui) 被反射、透射或吸收，腔的長度越接近激光器的精確波長的一半，激光器的能量就會(hui) 被傳(chuan) 輸的越遠。不幸的是，激光的頻率和腔長的連續變化取決(jue) 於(yu) 一係列的因素，如環境溫度、注入電流和量子波動。PDH鎖定利用從(cong) 諧振腔反射出來的光來產(chan) 生一個(ge) 誤差信號，來對諧振腔的長度或激光器的頻率進行微調，從(cong) 而完成腔長和激光頻率的某種匹配，以達到較大限度地實現遠距離傳(chuan) 輸。
根據框圖簡單說一下PDH技術，激光器輸出頻率為(wei) ω的激光，然後經過EOM晶體(ti) （electric-optical modulator）電光調製器，對激光光場進行射頻電光相位調製，然後將調製後的激光信號經過偏振分束棱鏡（PBS）與(yu) 四分之一波片（λ/4）進入光學腔，然後通過反射到達光電探測器，偏振分束棱鏡（PBS）與(yu) 四分之一波片（λ/4）的作用就是讓腔反射光進入探測器。然後對反射光信號進行相位解調，得到反射光中的頻率失諧信息，產(chan) 生誤差信號，然後通過低通濾波器和PID（比例積分電路）處理後，反饋到激光器的壓電陶瓷或者聲光調製器等其他響應器件，進行頻率補償(chang) ，Z終實現將普通激光鎖定在超穩光學腔上。關(guan) 於(yu) PDH技術的理論細節可以在一些綜述論文和學位論文中找到。為(wei) 了實現PDH鎖定，需要一些專(zhuan) 用的和定製的電子儀(yi) 器，包括信號發生器，混頻器和低通濾波器。Moku的激光鎖盒集成了全部的PDH電子儀(yi) 器，在提供高精度的激光穩頻功能上實現了便捷易用。
圖1：PDH穩頻係統原理圖
一． 實驗裝置
Moku的激光鎖盒集成了波形發生器、混頻器、低通濾波器和用於(yu) PDH鎖定的雙級聯PID控製器。通過調節激光腔的長度，可以監測反射光的振幅，並在屏幕上實時顯示PDH信號。用戶隻需輕輕一敲就可以將激光鎖定在任何過零點。
圖2： 主用戶界麵Moku:Lab激光鎖盒
在一個(ge) 示例設置中，Prometheus激光器（Innolight, 20NE）的出射光由電光調製器（EOM, iXBlue, NIR-MPX-LN-0.1）調製，照射到由三鏡環形腔（168 mm，即1.78 GHz的FSR），此腔體(ti) 線寬為(wei) 190 kHz。反射光被輸入耦合器即時反射捕獲。用兩(liang) 個(ge) 光電二極管（PD, Thorlabs, PDA05CF2）來檢測腔體(ti) 的透射光和反射光。PD上檢測到的信號被輸入到Moku:Lab的輸入1（混頻器輸入，交流耦合電阻50 Ω）和輸入2（監視器，直流耦合電阻50 Ω）。利用Moku的激光鎖盒波形發生器，在3.0 MHz的頻率下產(chan) 生了500 mVpp的本振（LO）信號。然後LO信號從(cong) Moku：Lab的輸出2輸出，通過偏置器 （miniccircuits, ZFBT-6G+）驅動EOM。用LO數字信號波形解調來自光學腔的反射響應信號，這裏我們(men) 用到了數字混頻器和角頻300.0 kHz的四階數字低通濾波器。通過掃描空腔共振的激光頻率，調整相位延遲，直到誤差信號峰-峰電壓（斜率）較大，從(cong) 而調整混頻器處LO信號的相移。
快速PID控製器的積分器單位增益頻率（0 dB點）為(wei) 5.8 kHz，初始積分器飽和角為(wei) 100 Hz。然後將快速PID的輸出1直接連接到激光器的壓電陶瓷上來驅動激光頻率。在掃描模式下，該輸出也會(hui) 產(chan) 生斜坡信號來發現空腔諧振。低頻PID控製器的比例增益為(wei) -32.2 dB，積分器交叉頻率為(wei) 200 mHz。Moku：Lab的輸出2出來後通過Bias-Tee分成了兩(liang) 路，一路到了EOM，一路到了激光的溫度控製BNC接口端。在該激光溫度致動器上放置了一個(ge) 20dB的衰減（Minicircuits, HAT-20+），以降低其靈敏度。
圖3：利用Moku：Lab建立的PDH技術的實驗裝置
二． Moku係列国产欧美在线參數
Moku：Pro Hardware
Specifications
Analog I/O
Analog inputs
Analog outputs
三． 結果和討論
通過監控傳(chuan) 輸的光電探測器功率，並通過ccd相機（也可以使用紅外敏感觀察卡）查看傳(chuan) 輸過程中的激光模式形狀，來驗證激光對腔和TEM00模式的鎖定。這些監測信號的時域信息很容易在Moku:Lab的激光鎖盒功能內(nei) 置的示波器中實時查看。
利用內(nei) 置的示波器測量特性來捕捉誤差信號均方根RMS，對整個(ge) 環路的增益進行了基本優(you) 化。增加增益使誤差信號的均方根較小；太多的增益會(hui) 引起振蕩，太少的增益意味著激光頻率擾動仍然沒有得到充分的抑製。進一步的環路性能改進可以通過頻域優(you) 化來實現，這可以通過在Moku:Lab輸出1和激光壓電之間注入掃頻正弦擾動來實現，激光壓電使用了求和前置放大器，並可以測量回路中注入擾動的抑製。這樣的測量可以進行使用第②個(ge) Moku:Lab的功能：頻率響應分析儀(yi) 。在這些高度優(you) 化的配置中，環路的單位增益頻率應該優(you) 化到30-60 kHz（高於(yu) 這通常相對於(yu) 激光的壓電響應速度快很多）。
在一次測試中，使用單腔雙激光測試驗證了控製回路的性能。第②個(ge) 激光器被鎖定在腔內(nei) 一個(ge) 自由光譜範圍（FSR）上，第①個(ge) 激光器的鎖與(yu) 第②個(ge) 具有相同的Moku:Lab激光鎖頻設置。在兩(liang) 個(ge) 獨立頻率的鎖定下，比較了兩(liang) 種激光器在相同的普通腔的噪聲：獨立的電子噪聲和Moku數字化噪聲。這兩(liang) 種鎖定激光器之間的剩餘(yu) 頻率變化與(yu) 腔間隔噪聲、腔塗層的熱噪聲和來自實驗室環境的常見振動無關(guan) ，這種噪聲僅(jin) 由控製回路和傳(chuan) 感器產(chan) 生，測量方法是將來自兩(liang) 個(ge) 激光路徑的光結合到一個(ge) 高速光電探測器中，與(yu) 一個(ge) 穩定的GHz函數發生器混頻，並使用第三個(ge) Moku:Lab儀(yi) 器，一個(ge) 相位表，來跟蹤頻率偏差。Moku:Lab相位表通過產(chan) 生相對頻率噪聲的ASD來讀出剩餘(yu) 頻率噪聲。我們(men) 得到了在每個(ge) 環路10 Hz的情況下，控製回路的殘餘(yu) 噪聲是0.1 Hz/ Hz。腔激光鎖模的真實性能受到基頻熱塗層噪聲的限製。
在以上的實驗論述中，我們(men) 發現我們(men) 需要三台Moku：Lab來功能完成這個(ge) 實驗。如果我們(men) 使用Moku：Pro的多儀(yi) 器並行功能，即可同時在一台儀(yi) 器上運行多個(ge) 功能，更加節省了實驗室空間以及實驗的便捷性。
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相關(guan) 文獻：
[1] Drever, R. W. P., Hall, J. L., Kowalski, F. V., Hough, J., Ford, G. M., Munley, A. J., & Ward, H. (1983). Laser phase
and frequency stabilization using an optical resonator. Applied Physics B, 31(2), 97-105.
[2] Nickerson, M. A review of Pound Drever Hall laser frequency locking. JILA, University of Colorado and Nist.
[3] Lally, E. M. (2006). A narrow-linewidth laser at 1550 nm using the Pound-Drever-Hall stabilization technique(DOCToral dissertation, Virginia Tech).
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