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Aigtek電壓放大器在光纖干涉儀噪聲抑制研究中的應用

來源:西安安泰電子科技有限公司   2025年05月15日 11:35  

  實驗名稱:基于光纖干涉儀的低頻段頻率噪聲抑制研究

  實驗內容:光纖干涉儀作為一種可以精細鑒別激光相位的結構裝置,被廣泛地應用于激光相位噪聲的測試測量工作。運用逆向思維,利用光纖干涉儀輸出的攜帶激光相位信息的光強信號,經過特定設計的信號處理模塊,將反饋信號加載在激光器的調頻端口上,即可鎖定輸出激光的頻率,從而有效降低頻率噪聲。本節采用自主研制的帶有壓電陶瓷(PZT)的單頻光纖激光器,結合非平衡光纖干涉儀的鑒頻機制,從而實現輸出激光低頻段的頻率噪聲有效抑制。

  測試設備:電壓放大器、光纖干涉儀、示波器、信號發生器、光電探測器、PZT等。

基于非平衡光纖干涉儀的低頻頻率噪聲抑制實驗裝置圖

  圖1:基于非平衡光纖干涉儀的低頻頻率噪聲抑制實驗裝置圖

  實驗過程:

  選定延遲光纖的長度為500m,對應的干涉儀臂差即為1km。從光纖干涉儀的增益傳遞函數來看,1km臂差對應的3dB控制帶寬為120kHz。然而從相位傳遞函數可以發現,大于20kHz的頻段出現了快速的相位變化,預計給閉環控制將帶來一定難度,因此重點考察20kHz以內的頻率噪聲抑制結果。

  為了減小外界環境的機械振動和氣流擾動影響,整個光纖干涉儀安置于鋪墊有隔振海綿的有機玻璃密封盒中。光纖干涉儀的兩束返回光在50:50Coupler處發生干涉,然后輸入到帶寬為17MHz的低噪聲光電探測器(PD)中。隨后,轉變產生的電信號經3dB帶寬為100kHz的低通濾波器(LPF)過濾高頻雜散噪聲,獲得頻率變化誤差信號。比例積分微分(PID)模塊處理頻率誤差信號后,得到的反饋信號幅度較小,此電壓范圍為0~5V。為了實現良好的頻率控制效果,引入了電壓放大器(HV),從而提升加載到PZT上的反饋信號電壓幅度范圍至0~50V,有利于提高反饋控制能力,獲得長期穩定的頻率噪聲抑制效果。

  實驗過程中,LD的泵浦電流設定為250mA,從70%端口輸出的功率為10.5mW,進入光纖干涉儀的功率約為4mW,進入PD的功率約為1mW。

  實驗結果:

  在進行頻率噪聲抑制實驗之前,先對這個1550nm激光器的頻率穩定性和PZT調諧性能進行了測試。利用掃描F-P腔結合示波器型采集卡(型號:PXI-5122,帶寬為100M,采集位數14bit)對激光單個縱模信號進行實時采集,具體結果如圖2(a)所示。在24h的連續測試過程中,輸出激光中心頻率的漂移量為419.63MHz,等效波長變化量為3.36pm。

(a)頻率穩定性測試結果;(b)激光波長調制變化與加載在PZT上電壓的關系

  圖2:(a)頻率穩定性測試結果;(b)激光波長調制變化與加載在PZT上電壓的關系

  圖2(b)展示了激光波長調制變化與加載在PZT上的電壓關系,通過信號發生器結合電壓放大器對PZT施加調制信號,在0~48V的調制電壓變化范圍內,激光的中心波長從1550.0834nm變化至1550.0907nm,變化幅度為7.3pm。

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