富泰科技推薦：激光穩(wěn)頻技術(shù)

  ICC訊 激光穩(wěn)頻技術(shù)是一種通過反饋控制系統(tǒng)方式來調(diào)節(jié)激光器參數(shù)，使激光器輸出頻率保持穩(wěn)定的重要技術(shù)，其主要應(yīng)用于光譜測(cè)量、量子光學(xué)、量子精密測(cè)量和引力波檢測(cè)等領(lǐng)域，主要依賴于激光穩(wěn)頻技術(shù)來確保系統(tǒng)的高精度和高穩(wěn)定性。

  近年，隨著窄線寬半導(dǎo)體激光器技術(shù)的不斷成熟與創(chuàng)新，其已經(jīng)在精密干涉測(cè)量、光頻標(biāo)、激光通信、激光陀螺、激光雷達(dá)等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

  然而由于溫度、機(jī)械振動(dòng)等不穩(wěn)定因素影響，其輸出頻率存在漂移，激光器漂移量一般幾兆赫茲到幾十兆赫茲不等，當(dāng)擾動(dòng)過大，漂移量可達(dá)數(shù)百兆，甚至到吉赫茲量級(jí)，在以上眾多的應(yīng)用領(lǐng)域中,激光頻率穩(wěn)定度是一個(gè)極其重要的指標(biāo)參數(shù)，表征了頻率穩(wěn)定的程度。因此,隨著激光應(yīng)用的發(fā)展,激光穩(wěn)頻技術(shù)成為基礎(chǔ)科學(xué)研究的重要方向,在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用。富泰科技緊跟光電熱點(diǎn)和客戶需求，專注于先進(jìn)光電技術(shù)應(yīng)用，開展和助力于激光吸收光譜領(lǐng)域光電產(chǎn)品，致力于為廣大客戶提供一站式激光穩(wěn)頻等解決方案。

  高穩(wěn)定度和高精度的激光穩(wěn)頻方法主要有飽和吸收穩(wěn)頻(又叫反蘭姆凹陷穩(wěn)頻)及無源腔穩(wěn)頻(如高穩(wěn)法布里-珀羅腔)。

  飽和吸收穩(wěn)頻中，主要用到了某一氣體原子或分子的氣室，飽和吸收的意思是氣室的氣體在吸收譜線的中心頻率處出現(xiàn)了一個(gè)吸收凹陷。飽和吸收峰與原子能級(jí)共振頻率相關(guān),因此可以作為一個(gè)很好的頻率參考點(diǎn)，飽和吸收穩(wěn)頻就是以飽和吸收峰作為頻率參考，測(cè)量激光偏離吸收線峰值的程度提取誤差信號(hào)并反饋到激光器，實(shí)現(xiàn)激光器頻率的穩(wěn)定。

  飽和吸收穩(wěn)頻:電路部分:飽和吸收模塊、調(diào)制解調(diào)模塊以及PID控制模塊。通過對(duì)激光器施加正弦交流信號(hào)，得到調(diào)頻光場(chǎng)，再通過飽和吸收模塊得到飽和吸收譜信號(hào)，將調(diào)制信號(hào)與吸收譜信號(hào)進(jìn)行混頻并濾波，得到鑒頻信號(hào)FDS，最后通過PID控制模塊獲得反饋 PZT 電壓信號(hào)。

飽和吸收穩(wěn)頻原理框圖

  PDH(Pound-Drever-Hall)技術(shù)是二十世紀(jì)八十年代初期發(fā)展起來的一種激光穩(wěn)頻技術(shù)，也是目前改進(jìn)激光頻率穩(wěn)定性的常用技術(shù)之一。由于大部分激光器都具有調(diào)諧功能，通過外部提供一個(gè)電子信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)激光頻率的調(diào)諧，因此如果能夠精確測(cè)定激光的頻率，那么就可以向激光提供一個(gè)反饋電子信號(hào)，實(shí)現(xiàn)頻率的補(bǔ)償，穩(wěn)定激光的頻率。

  PDH 技術(shù)的原理即是將激光進(jìn)行射頻位相調(diào)制，并入射到光學(xué)諧振腔中，利用諧振腔(一般是F-P腔)的共振頻率作為頻率參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鑒頻。同時(shí)，通過光外差光譜檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)反射譜線(色散型譜線，該譜線反映了激光頻率與光學(xué)共振頻率之間的偏差)。之后，再經(jīng)過混頻、濾波等電子電路處理，便可獲得激光頻率相對(duì)于諧振腔共振頻率的誤差信號(hào)，最后通過反饋系統(tǒng)補(bǔ)償激光，從而實(shí)現(xiàn)激光頻率的穩(wěn)定。下圖展示了PDH 技術(shù)的基本原理

PDH穩(wěn)頻原理框圖

圖1光譜技術(shù)Roadmap

  富泰科技多年來一直從事與相關(guān)的光電領(lǐng)域產(chǎn)品，積累了許多經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)力量，專注于先進(jìn)光電技術(shù)應(yīng)用，助力于激光穩(wěn)頻技術(shù)，為工業(yè)與科研院所用戶提供專業(yè)的物料選型、核心器件供應(yīng)以及系統(tǒng)方案支持。 富泰科技與全球激光穩(wěn)頻在光電領(lǐng)域具有領(lǐng)導(dǎo)地位和核心技術(shù)的廠商密切合作，推動(dòng)國(guó)外前沿技術(shù)和解決方案同國(guó)內(nèi)光電產(chǎn)業(yè)接軌，實(shí)現(xiàn)各方共贏?；趯?duì)技術(shù)、產(chǎn)品、市場(chǎng)趨勢(shì)的理解和把握，富泰科技整合全球各地的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品和技術(shù)資源，致力于為廣大客戶提供一站式激光穩(wěn)頻等解決方案。

  激光穩(wěn)頻技術(shù)目前在高校和工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，富泰科技可為客戶提供激光穩(wěn)頻系統(tǒng)所需的大部分器件。富泰可提供630nm-1.5μm典型波段和多種封裝形式的激光管光源（630-1120nm Toptica eagleyard）。TEM一體化穩(wěn)頻光源Lasy，覆蓋633、780、852、894nm等典型波長(zhǎng)；1μm/1.5μm單頻超窄線寬激光器（波長(zhǎng)可定制）等。

  同時(shí)，富泰科技可提供各類響應(yīng)迅速、高帶寬的穩(wěn)頻電子控制模塊Redpitaya、鎖相/鎖?？刂葡到y(tǒng)TEM lase/phase lock，鎖相放大器設(shè)備；飽和吸收光譜/PDH反饋裝置，此外，還可提供各類原子泡、光學(xué)超穩(wěn)腔、光學(xué)元件（1/4波片，半波片，PBS，ISO空間光隔離器）光路調(diào)制（AOM G&H、EOM iXblue、advr相位/強(qiáng)度調(diào)制器）激光器驅(qū)動(dòng)溫控芯片、模塊和臺(tái)式設(shè)備（Wavelength Electronics）等配套模塊及設(shè)備。

圖2 Toptica eagleyard航天級(jí)別各種封裝類型激光管

反饋控制：Redpitaya穩(wěn)頻反饋控制系統(tǒng)

 

TEM Lase/Phase lock鎖相/鎖模控制系統(tǒng)

iScan可調(diào)諧激光器波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)

TEM飽和吸收光譜裝置cosy

mini-PDH緊湊型獨(dú)立PDH探測(cè)器電子設(shè)備

光路調(diào)制：Exail(iXblue)EOM相位/強(qiáng)度調(diào)制器，advr EOM強(qiáng)度調(diào)制器

 

光學(xué)元件：四分之一波片、半波片、PBS偏振分光棱鏡、ISO法拉第隔離器

激光頻率參考：FP光學(xué)超穩(wěn)腔

銣原子泡、銫原子泡

  激光穩(wěn)頻技術(shù)是激光物理學(xué)、光譜學(xué)和電子學(xué)高度結(jié)合的產(chǎn)物，是隨著激光應(yīng)用的發(fā)展而發(fā)展的，該技術(shù)是基礎(chǔ)科學(xué)研究的重要工具，也是尖端科學(xué)的關(guān)鍵組成部分,在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用。如下介紹一些激光穩(wěn)頻技術(shù)典型應(yīng)用領(lǐng)域：

  應(yīng)用于量子精密測(cè)量

  激光穩(wěn)頻技術(shù)用于創(chuàng)建高精度的光頻率標(biāo)準(zhǔn)，例如光學(xué)鐘和原子鐘。這些頻率標(biāo)準(zhǔn)在時(shí)間、導(dǎo)航和科學(xué)研究中起到關(guān)鍵作用。在冷原子鐘領(lǐng)域，傳統(tǒng)的原子鐘使用熱原子作為工作介質(zhì)，但其精度受到原子熱運(yùn)動(dòng)的影響。通過激光冷卻技術(shù)，原子被冷卻至接近絕對(duì)零度的溫度，大大消除了原子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)原子鐘性能的影響。這種基于冷原子的原子鐘已廣泛應(yīng)用于地面時(shí)間基準(zhǔn)的建立。為了提高原子鐘的穩(wěn)定度，采用激光穩(wěn)頻技術(shù)壓窄激光器線寬，如：將外腔半導(dǎo)體激光器頻率鎖定于原子躍遷能級(jí)，從而將激光器線寬從自由運(yùn)轉(zhuǎn)的382.18 kHz壓窄至穩(wěn)頻后的37.94 kHz。這種窄線寬激光用于積分球冷原子鐘的探測(cè)光，可以顯著提高原子鐘的短期穩(wěn)定度。

  總之，激光穩(wěn)頻技術(shù)在原子鐘領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用，不僅提高了精度，還為空間應(yīng)用和科學(xué)研究提供了新的突破。

  本次CIOE富泰科技將展示如下激光穩(wěn)頻方案系列產(chǎn)品：

  關(guān)于富泰科技：

  富泰科技（香港）有限公司正式成立于2005年，公司聚焦于激光、光學(xué)技術(shù)在光通信、數(shù)據(jù)中心、大數(shù)據(jù)及人工智能、量子科技、氣體檢測(cè)、光纖傳感、超快激光和生命科學(xué)等應(yīng)用，服務(wù)客戶包括華為、中興、烽火等系統(tǒng)設(shè)備商，阿里、騰訊等互聯(lián)網(wǎng)公司，中科院、中電科，高校等科研機(jī)構(gòu)和工業(yè)企業(yè)，以及業(yè)內(nèi)幾乎所有的光器件光模塊廠家。

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