双频ndyag激光器数字pounddreverhall稳频系统设计及解调技术的研究

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1、摘要IIlllIlUIlllIllIIUlY2346687论文题目：双频Nd：YAG激光器数字Pound．Drever-Hall稳频系统设计与解调技术研究学科专业：测试计量技术及仪器研究生：郑玲玲指导教师：焦明星教授摘要签名：趣坠．签名：趱．签名：丝必激光二极管泵浦的双腔双频Nd：YAG激光器可作为合成波绝对距离干涉测量的理想光源，绝对距离干涉测量精度由合成波长的大小及其稳定性决定，合成波长的大小取决于双频激光的频差大小，而合成波长的稳定性取决于双频激光的频差稳定性。当双频激光的频率稳定时，其频差也就随之稳定。因此，为了满

2、足绝对距离干涉测量要求，不仅要求双频Nd：YAG激光器能够产生一定频差大小的双频激光输出，而且还必须保证双频激光的频率和频差的稳定性。即使采用减振、控温、密封等被动稳频措施也难以保证自由运转双频Nd：YAG激光器频率和频差的稳定性，因此必须对其进行主动稳频。论文首先综述了国内外激光稳频技术研究现状，分析了相位调制光外差稳频(即Pound—Drever-Hall，PDH)方法的基本原理，在此基础上设计了单频Nd：YAG激光器数字PDH稳频系统方案，实验研究了1064nm单频Nd：YAG激光器的振荡模谱及相位调制模谱特性；采用

3、自由光谱范围为375MHz、精细度为421的Fabry-Perot腔作为频率参考基准，理论分析了调制频率和调制深度对PDH稳频系统误差信号的幅值、线性动态范围和灵敏度的影响规律，并用Matlab仿真软件分析得到最佳调制频率(10MHz)和最佳调制深度(1．082)；设计了双腔双频Nd：YAG激光器数字PDH稳频系统方案，通过两套独立的光外差探测系统和数字解调控制系统，将双腔双频Nd：YAG激光器的两个工作频率稳定在同一Fabry-Perot参考腔的两个谐振频率处：采用Multisim软件对1064nm单频激光器PDH稳频系

4、统进行了建模与仿真，得到了稳频系统鉴频曲线，为PDH稳频系统的电路设计提供参考。另外，在分析PDH稳频系统传统解调法和同步解调测相法的基础上，设计了一种数字PDH稳频系统正交解调方案，详细分析了正交解调方案中直接数字式频率合成(DirectDigitalSynthesizer，DDS)模块、混频模块、级联积分．梳状(CascadedIntegrator-Comb，CIC)抽取滤波器模块、半带(Half-Band，HB)抽取滤波器模块、有限脉冲响应(FiniticImpulseResponse，FIR)低通滤波器模块的原理、

5、功能，并给出了MatLab设计方法和FPGA实现方法，并通过FPGA对这种正交解调方案进行了可行性验证。综上所述，本论文主要设计了双腔双频Nd：YAG激光器数字PDH稳频方案，对稳西安理工大学硕士学位论文频系统中的激光振荡模谱和激光相位调制特性进行了实验研究，对PDH稳频系统进行了Multisim建模仿真分析，设计的正交解调方案进行了实验验证，为进一步开展数字PDH稳频技术研究工作奠定了重要的基础。关键词：双频Nd：YAG激光器；PDH稳频系统建模；数字PDH稳频：正交解调；FPGA本研究得到国家自然基金资助项目(5117

6、5421)、陕西省科技计划基金资助项El(2011K09-14)和陕西省教育厅产业化培育项目(20lOjCl2)的资助Title：DesignofDigitalPound·Drever-HallSystemandResearchonDemodulationTechniquesforDual-frequencyNd：YAGLaserFrequencyStabilizationName：ZHENGLinglingSupervisor：Prof．JIAOMingxingAbstractSignature：麴蝤Signature：

7、趁：么Z竺Laser-diode。pumpedtwo’cavitydual-frequencyNd：YAGlasercanbeusedasanideallightsourceforsynthetic。waveabsolute-distanceinterferometricsystem．TheaccuracvofabSOlute。distanceinterferometricmeasurementisdeterminedbythemagnitudeofsyntheticwavelengthanditsstability．Th

8、emagnitudeofthesyntheticwavelengthdependsonthefrequencydifferenceofthedual—frequencylaser,andthestabilityofthesyntheticwavelengthdependsonthestabilityof