高階模式鎖定在激光穩(wěn)頻系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、華中科技大學(xué)引力實(shí)驗(yàn)中心正在開(kāi)展鋁離子（27Al+）光頻標(biāo)項(xiàng)目，該項(xiàng)目對(duì)于時(shí)間頻率的精密測(cè)量、建立統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)有著重要意義。光頻標(biāo)主要由超穩(wěn)激光系統(tǒng)、鋁離子囚禁系統(tǒng)和飛秒光梳系統(tǒng)三部分組成，其中超穩(wěn)激光系統(tǒng)作為27Al+的鐘躍遷激光在整個(gè)光頻標(biāo)系統(tǒng)中具有重要的作用。
　　本文介紹了實(shí)驗(yàn)室中獲得超穩(wěn)激光的Pound-Drever-Hall（PDH）穩(wěn)頻技術(shù)，以及該技術(shù)中影響最終頻率穩(wěn)定性的因素，包括超穩(wěn)腔的長(zhǎng)度、溫度、激光光斑尺寸

2、、激光功率抖動(dòng)等。為了獲得頻率穩(wěn)定度更高的激光，首先調(diào)研了高階腔模式對(duì)于參考腔熱噪聲極限的影響，并用Matlab模擬了產(chǎn)生高階拉蓋爾高斯模式（LGM33和LGM55模）的相位掩模板。然后計(jì)算了PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)中高階模式鎖定下的電子噪聲與熱噪聲，并進(jìn)行對(duì)比，得出了在相同情況下高階模鎖定下激光頻率穩(wěn)定度仍然受限于熱噪聲的結(jié)論。在實(shí)驗(yàn)期間參與了PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)中電子噪聲的測(cè)量，并測(cè)量了PDH解調(diào)系統(tǒng)中混頻器的響應(yīng)率，為高階模式鎖定中電子噪聲的計(jì)算

3、奠定了基礎(chǔ)。
　　在驗(yàn)證了高階模式鎖定能降低熱噪聲極限的可行性后，實(shí)驗(yàn)方面，首先是將激光注入腔內(nèi)鎖定到高階厄米特高斯腔模（TEM02）上，并通過(guò)模式匹配的方法提高入腔的耦合效率，其耦合效率能達(dá)到30％。其次，為了測(cè)量高階模式的線寬，使用了腔衰蕩法和激光鎖相法兩種方法來(lái)測(cè)量，并對(duì)兩種測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比評(píng)估，得到了高階腔模線寬與基模線寬相近的結(jié)果，為4kHz左右。然后在實(shí)驗(yàn)中搭建了激光功率穩(wěn)定系統(tǒng)并測(cè)量了鎖定后激光功率的穩(wěn)定度