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實(shí)驗名稱(chēng)：基于伺服系統的激光控制研究 測試目的：全固態(tài)單頻激光器的噪聲低、相干性好，是產(chǎn)生連續變量量子壓縮態(tài)光場(chǎng)的必備激光光源。在制備壓縮態(tài)光場(chǎng)的過(guò)程中需要使用高精度的光學(xué)相位鎖定技術(shù)，它不但可以實(shí)現對光學(xué)系統的高精度調節和穩定，從而保證壓縮態(tài)光場(chǎng)的制備精度和穩定性。而且，相位鎖定技術(shù)可以對光學(xué)系統進(jìn)行實(shí)時(shí)調節和控制，從而實(shí)現對壓縮態(tài)光場(chǎng)壓縮角和測量分量的實(shí)時(shí)調控和優(yōu)化。因此，研究相位鎖定技術(shù)具有重要的理論研究?jì)r(jià)值，并且可以以其為參考，將鎖定理論拓展到頻率鎖定、功率鎖定等相關(guān)的鎖定技術(shù)之中。以1064nm全固態(tài)單頻連續激光器為光源，通過(guò)對激光分束后產(chǎn)生的兩光束的相位差進(jìn)行0、π/2、π的相位鎖定，提高兩光束相對相位的長(cháng)期穩定性�；谒欧到y的相位鎖定技術(shù)可進(jìn)一步推廣至連續變量量子壓縮態(tài)光場(chǎng)的制備工作中。 測試設備：電壓放大器、示波器、光電探測器等。 實(shí)驗過(guò)程： 搭建嵌入式伺服反饋控制系統，利用自行研制的808nm半導體二極管為泵浦源的輸出功率10W，輸出波長(cháng)1064nm的全固態(tài)單頻連續波激光器搭建了相位鎖定實(shí)驗裝置。激光器的諧振腔結構如圖1所示。 圖1：1064nm激光器諧振腔內原理圖 該諧振腔腔長(cháng)為676.7mm。從左側入射的即為808nm泵浦光，在經(jīng)過(guò)f1與f2兩塊焦距分別為30mm與80mm的凸透鏡整形后，透過(guò)曲率半徑為1500mm的凸面腔鏡M1，即可在Nd：YVO4晶體內部聚焦光斑。Nd：YVO4晶體是一種自然雙折射晶體，其吸收系數高，受激發(fā)射截面大，吸收帶寬，吸收峰約808nm，吸收系數比另一種常用晶體Nd：YAG大四倍，可以穩定釋放出1064nm的熒光譜線(xiàn)，所以常用其作為1064nm激光器的工作物質(zhì)。1064nm激光從激光器中輸出后由一個(gè)偏振片和一個(gè)偏振分光棱鏡PBS將激光分成兩束。其中一束激光經(jīng)過(guò)一個(gè)1064nm的高反鏡與另一束經(jīng)過(guò)一個(gè)粘連壓電陶瓷的1064nm高反鏡的激光在50%透射50%反射鏡上耦合產(chǎn)生干涉，再經(jīng)過(guò)一個(gè)聚焦透鏡聚焦后，注入到探測器當中，探測器采集到干涉信號后分為兩路，一路信號輸入到示波器用于觀(guān)測，另一路信號連接到MCU的輸入模塊，經(jīng)過(guò)處理程序計算后，由輸出模塊輸出反饋信號，并經(jīng)電壓放大器放大后作用到壓電陶瓷上，通過(guò)壓電陶瓷的伸縮改變光程，從而實(shí)現兩束光的相對相位鎖定。鎖定實(shí)驗結構圖如圖2所示。 圖2：相位鎖定實(shí)驗結構圖 根據伺服反饋控制邏輯，我們以如圖3所示的邏輯，將相位鎖定系統布置在了運行速率為33M的MCU之上。其中，被控對象即是1064nm激光的干涉系統，控制器則是我們開(kāi)發(fā)的基于MCU的伺服反饋控制系統，傳感器為我們自行設計的光電探測器，通過(guò)光電二極管將接收到的光信號轉變?yōu)殡娦盘�，并傳遞到MCU中。 圖3：實(shí)驗中搭建的伺服反饋控制邏輯 實(shí)驗結果： 圖4：干涉掃描信號示波器波形圖 通過(guò)調整偏振片使兩束光在50%透射50%反射鏡處發(fā)生干涉后，使用三角波對壓電陶瓷進(jìn)行掃描，采集到的信號圖像如圖4所示，藍色圖線(xiàn)為輸入的三角波掃描信號，而紅色的圖線(xiàn)為在三角波信號掃描下的干涉信號光強電壓值變化�？梢钥吹礁缮嫘盘柕墓鈴婋妷褐翟趻呙栊盘柕淖饔孟�，呈現周期性的上下波動(dòng)。波峰處即為發(fā)生干涉相長(cháng)時(shí)的電壓幅度，波谷處即為發(fā)生干涉相消時(shí)的電壓幅度。將示波器上的光強電壓值輸入到控制系統中，再由控制系統進(jìn)行反饋，利用壓電陶瓷對干涉系統中兩束光的其中一束的相位進(jìn)行反饋控制，最終可實(shí)現將光強電壓控制在一個(gè)固定值，即兩束光的相位差保持固定，實(shí)現相位鎖定。實(shí)驗中，我們將比例參數設定為0.2，計算所經(jīng)過(guò)的時(shí)鐘周期數設定為10，而采集間隔延時(shí)設置為50個(gè)指令周期，分別將干涉信號鎖定在最小值、最大值以及中間固定值（對應相位差為0、π、π/2）的結果如圖5、6、7所示。鎖定在最小值的波動(dòng)為干涉相位峰峰值差值的2.12%、鎖定最大值的穩定性波動(dòng)為峰峰值差值的1.76%，鎖定中間固定值的穩定性波動(dòng)為峰峰值差值的2.35%，滿(mǎn)足相位鎖定的要求。 圖5：相位鎖定最小值結果圖 圖6：相位鎖定最大值示意圖 圖7：相位鎖定平均值（中間固定值）結果圖 電壓放大器推薦：ATA-2082 圖：ATA-2082高壓放大器指標參數 本資料由Aigtek安泰電子整理發(fā)布，更多案例及產(chǎn)品詳情請持續關(guān)注我們。西安安泰電子Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線(xiàn)，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。電壓放大器https://www.aigtek.com/products/bk-dyfdq.html |
