稳频激光器的原理

2024-09-11

稳频激光器是一种能够输出频率极其稳定的激光的装置。其核心原理是通过精密的反馈控制系统来不断调节激光腔的长度或激励条件，从而将激光频率锁定在一个极其稳定的参考频率上。

稳频激光器的基本结构通常包括以下几个关键部分：

1. 激光谐振腔：提供光学反馈，决定激光的基本频率。

2. 增益介质：提供光放大，通常是气体、半导体或固体材料。

3. 频率参考：提供稳定的参考频率，可以是原子或分子的跃迁谱线、光学腔或其他稳定的频率源。

4. 频率检测系统：用于测量激光频率与参考频率之间的偏差。

5. 反馈控制系统：根据检测到的频率偏差，调节激光腔长度或其他参数。

稳频的过程可以简述如下：首先，激光输出的一小部分被送入频率检测系统，与参考频率进行比较。如果检测到频率偏差，反馈控制系统就会产生相应的误差信号。这个误差信号被用来调节激光腔的长度(例如通过压电陶瓷调节镜子位置)或改变增益介质的条件(如温度、电流等)，从而调节激光频率。这个过程不断循环，使得激光频率始终保持在参考频率附近波动。

一些常见的稳频技术包括：

1. 饱和吸收光谱稳频：利用原子或分子的饱和吸收谱线作为参考。

2. Pound-Drever-Hall (PDH) 技术：利用高精度光学腔作为频率参考。

3. 光学频率梳稳频：利用光学频率梳作为宽频带的频率参考。

通过这些技术，现代稳频激光器可以实现相对频率稳定度达到10^-15甚至更高的水平，这相当于在一百万年内时间误差不超过1秒。