實驗名稱：基于(yu)光(guang)纖干涉儀的低(di)頻段頻率噪聲抑制研究

　　實驗內容：光纖(xian)干(gan)(gan)涉儀(yi)(yi)作為一種可(ke)以(yi)精細(xi)鑒別(bie)激(ji)(ji)(ji)(ji)光相(xiang)(xiang)位(wei)的(de)(de)結(jie)構(gou)裝置，被廣泛地(di)應用于激(ji)(ji)(ji)(ji)光相(xiang)(xiang)位(wei)噪聲的(de)(de)測試測量工(gong)作。運用逆向思維，利用光纖(xian)干(gan)(gan)涉儀(yi)(yi)輸出(chu)的(de)(de)攜帶激(ji)(ji)(ji)(ji)光相(xiang)(xiang)位(wei)信(xin)(xin)息的(de)(de)光強信(xin)(xin)號，經過特定(ding)設計的(de)(de)信(xin)(xin)號處理模(mo)塊，將反饋信(xin)(xin)號加(jia)載(zai)在激(ji)(ji)(ji)(ji)光器的(de)(de)調(diao)頻(pin)端口(kou)上，即(ji)可(ke)鎖(suo)定(ding)輸出(chu)激(ji)(ji)(ji)(ji)光的(de)(de)頻(pin)率，從(cong)而有(you)效降低頻(pin)率噪聲。本節(jie)采(cai)用自主研制的(de)(de)帶有(you)壓電陶瓷(ci)（PZT）的(de)(de)單頻(pin)光纖(xian)激(ji)(ji)(ji)(ji)光器，結(jie)合(he)非平(ping)衡光纖(xian)干(gan)(gan)涉儀(yi)(yi)的(de)(de)鑒頻(pin)機(ji)制，從(cong)而實現輸出(chu)激(ji)(ji)(ji)(ji)光低頻(pin)段的(de)(de)頻(pin)率噪聲有(you)效抑制。

　　測試設備：電壓放大器、光纖干涉儀、示波器、信號(hao)發生(sheng)器、光電探測器、PZT等(deng)。

　　圖(tu)1：基于非平衡(heng)光纖干涉儀的低頻頻率噪聲抑制實驗裝(zhuang)置圖(tu)

　　實驗過程：

　　選定延(yan)遲光(guang)(guang)纖的(de)長度為(wei)500m，對應的(de)干涉儀臂(bei)差即為(wei)1km。從光(guang)(guang)纖干涉儀的(de)增益傳(chuan)遞(di)函數(shu)來(lai)看，1km臂(bei)差對應的(de)3dB控(kong)制(zhi)帶寬(kuan)為(wei)120kHz。然(ran)而從相(xiang)位(wei)傳(chuan)遞(di)函數(shu)可以發現，大于20kHz的(de)頻(pin)段出現了(le)快速的(de)相(xiang)位(wei)變化，預計(ji)給閉環控(kong)制(zhi)將帶來(lai)一定難度，因此重點考察20kHz以內的(de)頻(pin)率噪聲抑制(zhi)結果。

　　為(wei)(wei)(wei)了減(jian)小(xiao)外界環境(jing)的(de)(de)機械振動(dong)和氣(qi)流擾(rao)動(dong)影響，整(zheng)個光纖干(gan)涉儀(yi)安置于(yu)鋪墊有(you)隔振海綿的(de)(de)有(you)機玻璃密封盒中(zhong)。光纖干(gan)涉儀(yi)的(de)(de)兩束返回光在(zai)50:50Coupler處(chu)發生干(gan)涉，然后輸入到帶寬(kuan)為(wei)(wei)(wei)17MHz的(de)(de)低噪聲光電探測(ce)器(qi)（PD）中(zhong)。隨后，轉(zhuan)變產(chan)生的(de)(de)電信(xin)號(hao)(hao)(hao)經(jing)3dB帶寬(kuan)為(wei)(wei)(wei)100kHz的(de)(de)低通濾(lv)波(bo)器(qi)（LPF）過濾(lv)高頻(pin)(pin)雜散(san)噪聲，獲(huo)得頻(pin)(pin)率(lv)變化(hua)誤差信(xin)號(hao)(hao)(hao)。比例積(ji)分微分（PID）模塊處(chu)理頻(pin)(pin)率(lv)誤差信(xin)號(hao)(hao)(hao)后，得到的(de)(de)反(fan)(fan)饋信(xin)號(hao)(hao)(hao)幅(fu)度較小(xiao)，此電壓(ya)范(fan)圍為(wei)(wei)(wei)0~5V。為(wei)(wei)(wei)了實(shi)現良好的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)控制效果，引(yin)入了電壓(ya)放大器(qi)（HV），從而(er)提(ti)升(sheng)加載到PZT上(shang)的(de)(de)反(fan)(fan)饋信(xin)號(hao)(hao)(hao)電壓(ya)幅(fu)度范(fan)圍至(zhi)0~50V，有(you)利于(yu)提(ti)高反(fan)(fan)饋控制能力，獲(huo)得長期穩定(ding)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)噪聲抑制效果。

　　實驗過(guo)程中(zhong)，LD的(de)泵浦電流(liu)設定為(wei)250mA，從70%端口輸出的(de)功(gong)率為(wei)10.5mW，進入(ru)光(guang)纖干涉儀的(de)功(gong)率約為(wei)4mW，進入(ru)PD的(de)功(gong)率約為(wei)1mW。

　　實驗結果：

　　在進(jin)行(xing)頻率噪聲抑制實(shi)(shi)驗之前，先(xian)對(dui)這個1550nm激(ji)光(guang)器的(de)頻率穩定性(xing)和PZT調諧性(xing)能進(jin)行(xing)了測試(shi)。利用掃描(miao)F-P腔結合示波(bo)器型(xing)采集(ji)卡（型(xing)號：PXI-5122，帶(dai)寬為100M，采集(ji)位(wei)數14bit）對(dui)激(ji)光(guang)單個縱(zong)模(mo)信(xin)號進(jin)行(xing)實(shi)(shi)時采集(ji)，具(ju)體結果如圖2（a）所示。在24h的(de)連續(xu)測試(shi)過程中，輸出激(ji)光(guang)中心頻率的(de)漂移量為419.63MHz，等效波(bo)長變(bian)化(hua)量為3.36pm。

　　圖2：（a）頻率穩定(ding)性測試(shi)結(jie)果；（b）激光波長調制(zhi)變(bian)化與加載(zai)在PZT上(shang)電壓的關系

　　圖2（b）展示了激光波長調制變(bian)化(hua)與加(jia)載(zai)在(zai)PZT上(shang)的電壓(ya)關系(xi)，通過信(xin)號(hao)發(fa)生器結合電壓(ya)放大器對PZT施(shi)加(jia)調制信(xin)號(hao)，在(zai)0~48V的調制電壓(ya)變(bian)化(hua)范(fan)圍內，激光的中心波長從1550.0834nm變(bian)化(hua)至1550.0907nm，變(bian)化(hua)幅度為7.3pm。

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