激光器的穩(wěn)定

更新時間：2024-02-01

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定義：
應(yīng)用于激光器中來提高激光器輸出光功率、頻率或其它量的穩(wěn)定性。

相關(guān)詞條：
強(qiáng)度噪聲激光器噪聲相位噪聲注入鎖定激光線寬尖峰光梳頻譜測量激光功率穩(wěn)定系統(tǒng)

激光器存在各種激光器噪聲，在實際應(yīng)用中很不利，因此需要采用一些技術(shù)抑制噪聲并且穩(wěn)定激光器的參數(shù)。下面討論主動和被動激光穩(wěn)定機(jī)制。

主動激光穩(wěn)定

主動穩(wěn)定機(jī)制包含一些電子反饋系統(tǒng)（或者正反饋系統(tǒng)），參數(shù)的漲落轉(zhuǎn)化為電子信號，然后在以某種形式作用于激光器。

圖1：二極管泵浦的固態(tài)激光器，采用了反饋系統(tǒng)來穩(wěn)定輸出功率。

主動穩(wěn)定機(jī)制有以下例子：

可以采用如圖1所示的示意圖來穩(wěn)定激光器的輸出功率。采用光電二極管控制激光器功率，然后通過控制激光諧振腔中或者外部的泵浦功率和損耗來校正功率。采用這種方法，可以同時減小開通電源產(chǎn)生的尖峰效應(yīng)以及穩(wěn)態(tài)時的強(qiáng)度噪聲。這里需要注意的是，作用于輸出光束而不是激光器本身可以減小強(qiáng)度噪聲，參閱詞條激光功率穩(wěn)定系統(tǒng)（noise eaters）。
通過控制諧振腔長度可以穩(wěn)定單頻激光器的光頻率，或者鎖模激光器頻率梳中的頻率。獲得反饋信號有幾種方式，例如，通過記錄第二個激光器的拍音，或者測量一個非常穩(wěn)定的參考腔或者干涉儀的透射和反射，或者采用無多普勒效應(yīng)光譜學(xué)方法測量吸收池的透射率等。常用的采用參考強(qiáng)產(chǎn)生信號的方法是Pound-Drever-Hall方法，它將弱相位調(diào)制的光傳送到參考腔。另一個不需要調(diào)制的機(jī)制為Hansch-Couillaud方法。
穩(wěn)定載波包絡(luò)相位偏移或者鎖模激光器頻率可以采用，例如，先用f-2f干涉儀測量相位，然后通過激光器諧振腔中的楔形物或者傾斜鏡子產(chǎn)生反饋光。這種穩(wěn)定方法在頻率測量中非常重要。
鎖模激光器的脈沖計時可以通過對比光二極管信號與參考的電子振蕩器來控制，然后通過控制腔長來穩(wěn)定脈沖。
通過測量光束位置（例如，采用四象限的光電二極管）可以穩(wěn)定輸出光束的指向，然后采用壓電控制的諧振腔鏡糾正它。

主動系統(tǒng)能得到的穩(wěn)定性由光電探測噪聲，控制器件的帶寬，反饋電路的設(shè)計和參考物的穩(wěn)定性（例如，光參考腔）等因素決定。

被動激光穩(wěn)定

被動穩(wěn)定機(jī)制不需要電子學(xué)器件，只是采用純光學(xué)效應(yīng)。例如：

可以采用穩(wěn)定的參考腔的反饋光來穩(wěn)定激光器的頻率。（即可以認(rèn)為是采用了另一個激光諧振腔，組成一個復(fù)合腔）
可以通過克爾介質(zhì)的交叉相位調(diào)制效應(yīng)使兩個鎖模激光器同步，腔內(nèi)的兩束脈沖在介質(zhì)中相遇。

也可以采用注入鎖定來穩(wěn)定激光器的頻率，也就是將另一個激光器中產(chǎn)生的具有非常穩(wěn)定頻率的光束注入到諧振腔中。