【摘 要】
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激光偏频锁定技术由于具有结构简单、锁定精度高、抗干扰能力强等显著特点,在激光稳频、激光通信、冷原子系统等领域的运用非常普遍。光学锁相环（OPLL）是一种通过鉴频鉴相方式使激光间的频率差保持相对稳定的激光偏频锁定方法,利用OPLL技术可以实现超高准确度和超高稳定度的激光频率锁定控制。OPLL具有结构简单、伺服频率带宽大、频率偏置范围宽和锁定准确度高等优势,在原子相干、冷原子系统、相干功率合成以及外差
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激光偏频锁定技术由于具有结构简单、锁定精度高、抗干扰能力强等显著特点,在激光稳频、激光通信、冷原子系统等领域的运用非常普遍。光学锁相环（OPLL）是一种通过鉴频鉴相方式使激光间的频率差保持相对稳定的激光偏频锁定方法,利用OPLL技术可以实现超高准确度和超高稳定度的激光频率锁定控制。OPLL具有结构简单、伺服频率带宽大、频率偏置范围宽和锁定准确度高等优势,在原子相干、冷原子系统、相干功率合成以及外差干涉测量等领域都得到了越来越广泛的应用。本文对基于OPLL的激光偏频锁定技术以及有关OPLL的关键技术开展了研究工作,主要包括如下几个方面:（1）理论分析了OPLL的基本结构和工作原理,建立了OPLL系统的小信号模型,以此分析了OPLL的环路带宽、残余相位误差和频率稳定度等关键参数,研究了影响OPLL频率和相位锁定的关键要素。（2）设计了一种结构简单和锁定精度高的OPLL系统,用于将激光器锁定至参考激光器,使其频率稳定度和准确度得到进一步提高。采用数字鉴相与差分运算相结合的方式获得高灵敏度的鉴频鉴相误差信号,通过高速模拟PID控制器对激光器的电流调制端口进行控制,从而实现快速的环路锁定,减小环路传播延迟。（3）搭建了基于OPLL将激光器偏频锁定至光学频率梳的实验装置,并对ECDL的偏频锁定进行了实验。结果表明,采用频率稳定度为10-13的外部频率参考时,系统锁定后拍频频率波动在±0.3Hz以内;偏置频率为50MHz时,1s和1000s积分时间的阿伦方差分别为1.5×10-9和8.5×10-13,标准差为0.05Hz;系统锁定前拍频线宽约为500k Hz,锁定后被压缩为2k Hz。该研究表明论文所涉偏频锁定系统可以实现亚Hz量级的激光频率控制,从而使ECDL的频率稳定度得到显著提升。
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