用于激光稳频的超低加速度灵敏度光纤干涉仪的实验研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:RubbishHP
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本论文介绍了作者在超低噪声光纤干涉仪稳频激光器方面的研究,包括实现了稳频激光系统的搭建和超低噪声亚赫兹线宽激光的输出,以及为实验设计了超低加速度灵敏度光纤干涉仪支架。此外还介绍了利用全光纤环形谐振器实现对单频激光器频率噪声的抑制。  利用光纤干涉仪实现对激光频率的锁定,相比于其他的激光频率锁定方式,具有结构简单,环境敏感度较低,体积小,价格较低,方便对激光频率进行调节等方面的优势。在实验中,我与同事合作实现了将1550nm的激光锁定在外差式迈克尔逊干涉仪上,通过隔振、密封、控温等措施来降低外界环境的影响。在整个实验中我个人负责了光路的设计和搭建,以及温控电路的设计与焊接。最终我们通过比较测量两个相同的激光系统,测得激光的线宽为0.67Hz,其短期的频率稳定度为7×10-15(0.1-1s)。两台激光器的频率噪声功率谱密度在1Hz处小于-1 dB Hz2/Hz,在200Hz到1kHz处达到-18 dB Hz2/Hz。  论文中也介绍了我所仿真设计的超低加速度灵敏度光纤干涉仪支架,利用这个支架可以大大减少机械振动噪声在光纤干涉仪稳频激光器实验中的影响。我们所设计的支架,其特点在于利用对称安装的结构,使得其垂直方向加速度灵敏度降低的同时,也可以通过优化支架参数得到水平方向上超低的加速度灵敏度。这相对于已提出的光纤支架是个很大的改进。利用有限元仿真计算,通过优化支架参数,最终得到我们所设计的支架水平加速度灵敏度达到3.25×10-12/g,垂直加速度灵敏度达到5.38×10-12/g。并且通过计算发现,这个对称安装结构的支架,对几何尺寸在一定的范围内不敏感。即可以大大减少仿真误差或加工误差带来的影响。  除此之外,论文还介绍了利用全光纤环形谐振器实现对单频激光器频率噪声的抑制。在实验中,采用Pound-Drever-Hall(PDH)的方法对锁定在铷原子吸收谱线上780nm的激光进行稳频,实现了饱和吸收光谱与光纤环形谐振器双回路锁定。通过外差式马赫-曾德干涉仪来测量锁定后的激光器频率噪声发现,在f<100Hz时,光纤环形谐振器对频率噪声的抑制度超过了40dB。在1Hz处,稳频激光器的频率噪声小于100 dB Hz2/Hz,其抑制度达到60dB。
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