窄線寬穩(wěn)頻激光系統(tǒng)中的光學(xué)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(shù)的測定等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,同時又是作為未來時間頻率標(biāo)準(zhǔn)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(shù)將激光頻率鎖定在高精細(xì)度光學(xué)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(jìn)入Hz及亞Hz量級的主要因素。

2、 本文致力于研究光學(xué)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(dǎo)致諧振腔光程長度的變化進(jìn)行了定量計算和數(shù)值分析。通過優(yōu)化設(shè)計腔體及選取合適的支撐方式來補(bǔ)償腔體形變,降低腔體光程長度對振動的敏感度。 對水平側(cè)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(jìn)行了數(shù)值計算,通過調(diào)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(xiàn)在結(jié)構(gòu)對稱的情況下,其形變量仍存在一定的不對稱性,通過微調(diào)腔體支撐面上下部分的質(zhì)量分布來補(bǔ)償形變,理論上獲得腔體光程長度對振動免疫的設(shè)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(biāo)準(zhǔn)的設(shè)想。通過對環(huán)形腔體在不同支撐方式下振動形變的數(shù)值計算,發(fā)現(xiàn)對于不同寬度的支撐面,都對應(yīng)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(jié)論為光學(xué)諧振腔的振動免疫設(shè)計提供了有價值的參考。