基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

耿伟彪; 胡姝玲; 邵洪峰

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.05.019

高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

耿伟彪 , 胡姝玲 , 邵洪峰

文章导航 > 激光技术 > 2014 > 38(5): 665-668

引用本文:

Citation:

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

1.
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院惯性技术重点实验室, 北京 100191

作者简介: 耿伟彪（1987-），男，硕士研究生，现主要从事微波光子学、激光稳频技术的研究。.

通讯作者: 胡姝玲, hulxi@buaa.edu.cn ;

基金项目:
国家自然科学基金资助项目（61074158）
中图分类号: TN248.1

Design of laser frequency stabilization systems based on FPGA and Pound-Drever-Hall technique

1.
Science and Technology on Inertial Laboratory, School of Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China

Corresponding author: HU Shuling, hulxi@buaa.edu.cn ;

CLC number: TN248.1

摘要: 为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频，采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术，搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征；设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路，在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调，再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明，在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调，经Allan方差计算，频率漂移的方差值可达10-11，即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。
- 激光器 /
- 稳频 /
- Pound-Drever-Hall技术 /
- 现场可编程门阵列 /
- 数字解调
Abstract: In order to stabilize the output frequency of 1064nm single frequency fiber laser, the Pound-Drever-Hall(PDH) locking technique was applied for laser frequency stabilization. The PDH optical heterodyne frequency stabilization system was established. The phase modulation optical heterodyne signal and the demodulation error signal were analyzed. Field-programmable gate array(FPGA) based digital PDH demodulation and feedback control system was designed. A sine wave generator and the multiplication demodulation were implemented in FPGA. Then the error signals were obtained by digital/analog convector. Experimental results show that phase modulation optical heterodyne signal is demodulated successfully in FPGA, and the Allan variance of frequency drifts can reach 10-11, a high level of frequency stabilization.
- lasers /
- frequency stabilization /
- Pound-Drever-Hall technique /
- field-programmable gate array /
- digital demodulation

[1]	YE J, MA L S, HALL J L. Ultrasensitive detections in atomic and molecular physics: demonstration in molecular overtone spectroscopy[J]. Journal of the Optical Society of America, 1998, B15(1): 6-15.
[2]	SUTTON A, SHADDOCK D A. Laser frequency stabilization by dual arm locking for LISA[J]. Physical Review, 2008, D78(8): 082001(1-7).
[3]	YUAN D D, HU S L, LIU H H, et al. Research of laser frequency stabilization[J]. Laser and Optoelectronics Progress, 2011, 48(8): 1-7 (in Chinese).
[4]	DREVER R W P, HALL J L, KOWALSKI F V, et al. Laser phase and frequency stabilization using an optical resonator[J]. Applied Physics, 1983, B31(1): 97-105.
[5]	DAY T, GUSTAFSON E K, BYER R L. Sub-hertz relative frequency stabilization of two-diode laser-pumped Nd：YAG lasers locked to a Fabry-Perot interferometer[J]. IEEE Journal of Quantum Electronics, 1992, 28(4): 1106-1117.
[6]	LAM T T Y, SLAGMOLEN B J J, CHOW J H, et al. Digital laser frequency stabilization using an optical cavity[J]. IEEE Journal of Quantum Electronics, 2010, 46(8): 1178-1183.
[7]	BLACK E D. An introduction to Pound-Drever-Hall laser frequency stabilization[J]. American Journal of Physics, 2001, 69(1): 79-87.
[8]	XING J H, JIAO M X, ZHENG Y, et al. Design of digital pound-drever-hall frequency stabilizing system for two-cavity dual-frequency Nd：YAG laser[J].Proceedings of the SPIE,2012,8759:411-417.
[9]	PENG Y X, LI W B, SHEN N C, et al. Application of modulation and demodulation of photo-eletric signal frequency stabilization//2004 7th International Conference on Signal Processing. New York,USA:IEEE,2004,1:180-182.
[10]	WAKERLY J F. Digital design: principles and practices 4[M]. 4th ed. Englewood Cliffs, NJ,USA: Pearson Prentice-Hall, 2006:18-21.

[1]	王从刚 , 周鼎富 , 赵晓军 , 孙鹏 , 杨泽后 , 侯天晋 , 江东 , 陈建国 . 陶瓷多通道折叠射频波导稳频脉冲CO2激光器研究. 激光技术, 2009, 33(4): 355-358. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.04.006
[2]	马有年 , 丁金星 . 简单的稳频He－Ne激光器. 激光技术, 1995, 19(4): 255-256.
[3]	李克兰 , 张书练 . 双折射双频激光器增益曲线对稳频的影响. 激光技术, 1996, 20(2): 65-67.
[4]	李芮 , 李晓 , 王志斌 , 黄艳飞 , 王耀利 , 张瑞 . 阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用. 激光技术, 2014, 38(6): 822-825. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.06.021
[5]	李尚义 . 二种单频外腔式He-Ne激光器的自稳频原理再分析. 激光技术, 1995, 19(1): 1-5.
[6]	成相印 , 郭继华 , 殷纯永 . 一种实现高精度稳定Zeeman激光频差的方法. 激光技术, 1996, 20(2): 95-98.
[7]	戴高良 , 殷纯永 , 谢广平 . 小幅低频调制PWM波脉宽提高稳频控制精度. 激光技术, 1998, 22(6): 325-328.
[8]	吴丽霞 . 可编程多脉冲绿光激光器. 激光技术, 2024, 48(2): 204-209. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.009
[9]	邱小倩 , 乐燕芬 , 王静 . 基于FPGA的插频式外差干涉信号处理方法. 激光技术, 2011, 35(2): 199-201,205. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.02.016
[10]	雷选华 , 杨克成 . 一种基于FPGA水下激光成像系统的同步控制器. 激光技术, 2010, 34(5): 682-685. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.O5.029
[11]	陆娴 , 高泽华 , 纪越峰 . 甚短距离光传输设计方法及实现技术. 激光技术, 2004, 28(2): 124-127.
[12]	郝健 , 张记龙 , 崔丹凤 , 景宁 . 基于FPGA的傅里叶变换光谱仪光谱复原技术. 激光技术, 2011, 35(6): 804-807. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.022
[13]	李一芒 , 盛磊 , 陈云善 . 高速激光光斑检测系统的设计与实现. 激光技术, 2015, 39(4): 533-536. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.04.023
[14]	张岩 , 刘超 , 肖长顺 , 张俊香 . 内调制技术和Pound-Drever-Hall技术对894.6nm倍频腔的稳频比较. 激光技术, 2017, 41(1): 47-50. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.01.010
[15]	袁军国 , 詹春 , 李小国 , 刘德明 , 于敦录 . 半导体激光器高精度稳频输出控制系统. 激光技术, 2006, 30(6): 650-652,663.
[16]	金杰 , 张建伟 , 杨宇 , 马翔 . 1.5μm波段乙炔气体稳频光纤光栅外腔半导体激光器. 激光技术, 2007, 31(4): 341-343.
[17]	姚晓琼 , 孙薇 , 王喜斌 . 基于环形滤波器的双波长单频光纤激光器. 激光技术, 2017, 41(1): 98-100. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.01.020
[18]	张延超 , 孙兰君 , 付石友 , 刘立宝 , 田兆硕 . 高重频可调小型高功率半导体激光电源研究. 激光技术, 2012, 36(6): 731-734. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.005
[19]	李林福 , 陈建军 . 长波长垂直腔面发射激光器开关及双稳特性. 激光技术, 2015, 39(4): 515-519. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.04.019
[20]	杨峰 , 余文峰 , 陈佳元 , 邬思明 , 左都罗 , 程祖海 . TEA CO2激光器同轴非稳腔光束质量. 激光技术, 2008, 32(3): 314-316.

点击查看大图

计量

文章访问数: 3104
HTML全文浏览量: 606
PDF下载量: 575
被引次数: 0

基于FPGA数字相位调制光外差激光稳频系统设计

通讯作者: 胡姝玲, hulxi@buaa.edu.cn;

作者简介: 耿伟彪（1987-），男，硕士研究生，现主要从事微波光子学、激光稳频技术的研究。

1. 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院惯性技术重点实验室, 北京 100191

收稿日期: 2013-09-06
录用日期: 2013-10-17
网络出版日期: 2014-09-25

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（61074158）

关键词:

摘要: 为了实现中心波长为1064nm的单频光纤激光器的稳频，采用相位调制光外差（PDH）激光稳频技术，搭建稳频系统光路。分析了相位调制光外差稳频信号以及误差信号特征；设计基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字式解调和反馈控制电路，在FPGA中实现对相位调制光外差稳频信号的数字解调，再经数模转换器输出获得误差信号。结果表明，在FPGA中能成功实现对相位调制光外差信号的解调，经Allan方差计算，频率漂移的方差值可达10-11，即所设计的数字系统实现了较高的稳频精度。