窄線寬穩(wěn)頻激光系統(tǒng)中的光學諧振腔振動敏感度問題研究.pdf

1、窄線寬穩(wěn)頻激光器在高靈敏高分辨率激光光譜、基本物理常數的測定等領域有著廣泛的應用,同時又是作為未來時間頻率標準的光鐘的必要組成部分。為了獲得頻率穩(wěn)定且線寬窄的激光,通常采用Pound-Drever-Hall(PDH)技術將激光頻率鎖定在高精細度光學諧振腔的共振頻率上。因而被鎖定激光的頻率穩(wěn)定度由參考腔光程長度的穩(wěn)定度及伺服鎖定系統(tǒng)綜合決定,研究表明環(huán)境振動及溫度變化對參考腔光程長度的影響已成為限制激光線寬進入Hz及亞Hz量級的主要因素。

2、 本文致力于研究光學諧振腔由振動引起的彈性形變,采用了有限元分析法對環(huán)境振動導致諧振腔光程長度的變化進行了定量計算和數值分析。通過優(yōu)化設計腔體及選取合適的支撐方式來補償腔體形變,降低腔體光程長度對振動的敏感度。 對水平側向支撐的圓柱形和長方形這兩種常見駐波腔在豎直振動加速度作用下的形變進行了數值計算,通過調整優(yōu)化支撐方式及位置,使得光程長度對振動的敏感度降低到25 kHz/ms-2;計算了豎直放置的圓錐形腔體的振動敏感度

3、,發(fā)現在結構對稱的情況下,其形變量仍存在一定的不對稱性,通過微調腔體支撐面上下部分的質量分布來補償形變,理論上獲得腔體光程長度對振動免疫的設計方案。 首次提出了在PDH穩(wěn)頻中采用具有隔離反饋光特性的環(huán)形腔用于提供頻率參考標準的設想。通過對環(huán)形腔體在不同支撐方式下振動形變的數值計算,發(fā)現對于不同寬度的支撐面,都對應存在一個支撐位置,使得腔體的光程變化量為零,即對振動免疫,這一結論為光學諧振腔的振動免疫設計提供了有價值的參考。