實驗名稱：基于光纖幹涉儀的低頻段頻率噪聲抑制研究

　　實驗內容：光纖幹涉儀作爲一種可以精細鑒別激光相位的結構裝置，被廣泛地應用于激光相位噪聲的測試測量工作。運用逆向思維，利用光纖幹涉儀輸出的攜帶激光相位信息的光強信號，經過特定設計的信號處理模塊，將反饋信號加載在激光器的調頻端口上，即可鎖定輸出激光的頻率，從而有效降低頻率噪聲。本節采用自主研制的帶有壓電陶瓷（PZT）的單頻光纖激光器，結合非平衡光纖幹涉儀的鑒頻機制，從而實現輸出激光低頻段的頻率噪聲有效抑制。

　　測試設備：電壓放大器、光纖幹涉儀、示波器、信號發生器、光電探測器、PZT等。

　　圖1：基于非平衡光纖幹涉儀的低頻頻率噪聲抑制實驗裝置圖

　　實驗過程：

　　選定延遲光纖的長度爲500m，對應的幹涉儀臂差即爲1km。從光纖幹涉儀的增益傳遞函數來看，1km臂差對應的3dB控制帶寬爲120kHz。然而從相位傳遞函數可以發現，大于20kHz的頻段出現了快速的相位變化，預計給閉環控制將帶來一定難度，因此重點考察20kHz以內的頻率噪聲抑制結果。

　　为了减小外界环境的机械振动和气流扰动影响，整个光纤干涉仪安置于铺垫有隔振海绵的有机玻璃密封盒中。光纤干涉仪的两束返回光在50:50Coupler处发生干涉，然后输入到带宽为17MHz的低噪声光电探测器（PD）中。随后，转变产生的电信号经3dB带宽为100kHz的低通滤波器（LPF）过滤高频杂散噪声，获得频率变化误差信号。比例积分微分（PID）�？榇�理频率误差信号后，得到的反馈信号幅度较�。�此電壓范围为0~5V。为了实现良好的频率控制效果，引入了電壓放大器（HV），从而提升加载到PZT上的反馈信号電壓幅度范围至0~50V，有利于提高反馈控制能力，获得长期稳定的频率噪声抑制效果。

　　實驗過程中，LD的泵浦電流設定爲250mA，從70%端口輸出的功率爲10.5mW，進入光纖幹涉儀的功率約爲4mW，進入PD的功率約爲1mW。

　　實驗結果：

　　在進行頻率噪聲抑制實驗之前，先對這個1550nm激光器的頻率穩定性和PZT調諧性能進行了測試。利用掃描F-P腔結合示波器型采集卡（型號：PXI-5122，帶寬爲100M，采集位數14bit）對激光單個縱模信號進行實時采集，具體結果如圖2（a）所示。在24h的連續測試過程中，輸出激光中心頻率的漂移量爲419.63MHz，等效波長變化量爲3.36pm。

　　圖2：（a）頻率穩定性測試結果；（b）激光波長調制變化與加載在PZT上電壓的關系

　　图2（b）展示了激光波长调制变化与加载在PZT上的電壓关系，通过信号发生器结合電壓放大器对PZT施加调制信号，在0~48V的调制電壓变化范围内，激光的中心波长从1550.0834nm变化至1550.0907nm，变化幅度为7.3pm。

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