基于iXblue低頻相位調制器的PDH穩頻應用

在許多應用中，人們需要抑制激光器噪聲和穩定其工作波長，眾所周知的應用包括引力波探測（參見2017年諾貝爾物理學獎LIGO項目），以及原子物理、光學頻率梳和量子計算中的量子態光譜探測。最常見的主動激光穩頻技術之一是Pound-Drever-Hall技術，該技術將激光的發射頻率鎖定在穩定、高精細度的諧振腔中。這項技術以Robert Pound, Ronald Drever and John L.Hall而命名。PDH技術最早在1983年的《Applied Physics B》雜志上發表，“Laserphase and frequency stabilization using an optical resonator”。根據路透社2017年的報道，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制。今天，這么多年過去了，我們仍在用它來嘗試制造線寬為幾mHz的超穩定激光器”。Jun Ye博士，NIST。 

“PDH技術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。還有其他一些各具特色的技術，但老實說，PDH技術絕對是迄今為止最可靠的”Pr Sylvain Gigan, Laboratoire Kastler Brossel. 

PDH技術使用常見的光學外差光譜和射頻電子學方法，用標準具或法布里-珀羅F-P腔測量激光器的頻率，并將測量結果反饋給激光器，以抑制激光器的頻率偏差。其優點包括響應時間可能比腔的響應時間更快。 

選擇適合的調制器給PDH應用

下圖給出了PDH設置的示例。當激光器的頻率與腔的FSR（整數倍）完全匹配時，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制深度，iXblue開發了一系列用于實現PDH技術的優化型相位調制器。

與任何其他相位調制器相比，我們可以區分LN-0.1系列的優點：

n 適應低頻：直流耦合至200MHz調制頻率

n 專用于給定的波長范圍。

n 極低的驅動電壓Vπ

n 低插入損耗（LIL選項）。

n 高輸入阻抗，提高調制效率。

n NIR版本的高偏振消光比（PER）。

n 低剩余幅度調制（Residual Amplitude Modulation-RAM）專利設計（EP3009879A1） 

低頻相位調制器的現實優勢

為光通信應用而設計和開發的普通高速(GHz)電光調制器在射頻線的末端具有50歐姆負載電阻終端，以減少射頻電反射。當在低頻率下工作時，這種高速相位調制器在射頻微波線路中有過高的電流，這導致焦耳效應的局部加熱。當頻率變得較低并且與熱效應的時間常數相當時，熱循環和散熱就成了一個問題。因此，在加熱和冷卻過程中，電極、波導的物理特性會發生變化。 

iXblue的LN-0.1相位調制器采用高輸入阻抗負載（10kΩ)抑制熱效應或電極線開路(1MΩ)的設計，PDH測試能證明這種調制器可在溫度變化時，性能穩定在一個大的溫度范圍內（-40℃到+85℃）。 

左圖：50Hz信號時明顯有熱效應，上面曲線為射頻電信號，下面為光信號。

右圖：50KHz信號時無熱效應，上面曲線為射頻電信號，下面為光信號。

當用電光調制器實現PDH技術時，在環境擾動期間引起誤差信號的畸變和非預期的頻率偏移時RAM總會出現的。當系統的不穩定性逐漸降低到極低水平時，抑制或減輕RAM引起的頻率不穩定性就變得越來越重要。

iXblue為PDH設計并優化了專用于減小RAM的低頻相位調制器。RAM可以通過在調制器注入一個直流電壓而降低，該電壓對應于鈮酸鋰波導一個整體的負折射率變化。一個5-15V直流電壓足以將RAM降低>10dB。

LN-0.1系列內部嵌入高阻抗射頻負載終端，不會被直流信號所損壞。

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