郭庆亮，李宏伟，湛 晖，张昕明，黄 妍，吕国辉,*

(黑龙江大学 a.光纤传感技术国家地方联合工程研究中心;b.电子工程学院，哈尔滨 150080)

0 引 言

在光纤传感、通信和精密干涉测量等领域中，通常对激光光源的频率稳定性要求较高。由于光纤激光器的自身特性以及外界环境因素的干扰，导致正常工作的光纤激光器输出激光存在各种频率噪声，不能直接满足实际的工程应用[1]。为了获得频率稳定的激光光源，需要采取一定的措施来抑制激光器的频率漂移[2]。PDH稳频技术最早由Pound提出并率先应用于微波稳频，之后Drever和Hall将其发展到激光稳频领域[3]。随着光纤传感技术的不断发展，光纤激光器稳频技术已成为重要的研究方向[4]。本文对PDH稳频技术的原理进行理论分析，建立频率误差信号解调仿真模型，设计基于FPGA的频率锁定控制电路，通过实验测试可以快速地解调出激光器输出频率误差信号，为光纤激光器的频率锁定技术奠定了基础。

1 PDH稳频技术原理

假设光纤激光器的输出激光频率为ω，光强大小为

E=E0eiωt

(1)

通过调整相位调制器的调制深度，使功率主要集中在载波和边带激光上。此时入射到FP腔的入射光场强为

Ein=E0[J0(β)eiωt+J1(β)ei(ω+Ω)t-J1(β)ei(ω-Ω)t]

(2)

其中:Ω为相位调制器的调制频率。经过FP腔后反射光的场强为

Er=E0[F(ω)J0(β)eiωt+F(ω+Ω)J1(β)ei(ω+Ω)t-F(ω-Ω)J1(β)ei(ω-Ω)t]

(3)

经过光电探测器转换之后，可以得到反射光的强度为

(4)

(5)

2 PDH频率锁定系统设计

PDH稳频技术系统见图1，红色箭头为光信号传播示意图，黑色箭头为电信号传播示意图。选取窄线宽的FP腔作为系统的鉴频标准，将光纤激光器输出的激光通过隔离器后，利用耦合器将大部分激光输出，剩余小部分激光进入偏振控制器进行频率锁定。……