苏 娟, 焦明星, 张凌晨, 邢俊红(.西安理工大学 机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 70048;2.西安石油大学 光电油气测井与检测教育部重点实验室, 陕西 西安 70065)

窄线宽超稳激光器一般采用Pound-Drever-Hall(PDH)方法压窄线宽。虽然采用PDH稳频方法的激光器由于无法提供绝对频率参考而难以保证激光器的长期稳定性,但却具有优异的短期频率稳定性能,因而在高分辨精密激光光谱[1-2]、光频率标准[3-6]、引力波探测[7-8]、低噪声超稳微波信号产生[9]和精密物理实验[10-11]等领域中都有着非常重要的应用。

PDH稳频系统是一个闭环频率跟踪系统,以F-P参考腔的中心频率作为稳频基准,采用调制光谱技术和光外差探测技术将激光器频率锁定在该频率基准上。得到鉴频曲线后,逐渐减小加载在激光腔上的线性扫描信号,将伺服系统控制信号加在激光腔上。此时,系统进入频率快速捕获区,PDH误差信号与激光器频率漂移成正比。快捕区内的稳态响应决定了系统的稳定性和是否能够实现无差锁定;暂态响应体现了系统的锁定速度和锁定误差。以往的文献大都对PDH稳频系统进行建模,旨在分析各部分对噪声的影响,确定主要噪声来源并对主要噪声进行压制,提高信噪比[12-13],并未对频率快速捕获区内的稳态和暂态响应进行分析。本文建立了频率快捕区的PDH稳频系统线性化复频域模型,分析了系统的静态性能和动态性能,对于系统的稳定性、稳态误差和暂态响应进行了研究,给出了控制模块参数设计依据。……