この短い概要では、Moku:Pro の位相計を使用して、ある光学システムの安定性を別の光学システムに移す方法として、光学システムにおけるオフセット位相ロックについて説明します。
概要
光学的位相ロックは、あるレーザー ビームの周波数と位相特性を別のレーザー ビームに転送するための一般的な技術です。ヘテロダイン計測、自由空間光通信、分光アプリケーションで一般的に使用されます。このテクニカル ノートでは、デジタル位相計を使用したオフセット位相ロックの実装について説明し、2 つのレーザーの位相ロックの安定性を特徴付けます。
光学オフセット位相ロック (要約)
簡単に言うと、オフセット位相ロックは 2 つのレーザー間の位相差を安定させます。これは、2 つのレーザーの出力を (ビームスプリッターなどを介して) 結合し、結合されたビームで光検出器を照射する比較的単純なプロセスによって行われます。光検出器の総合電力 PPD は次のように説明できます。
ここで、ω1 と ω2 は周波数を示し、ϕ1 と ϕ2 は各レーザーの位相を示します。高次項は通常、光検出器の帯域幅の外側にあることに注意してください。ビートノートにはレーザーの位相情報が含まれていますが、この情報は信号の引数に含まれており、この形式のフィードバックシステムで使用するのは比較的難しいことを認識することが重要です。ビートノートから位相を抽出するには、位相検出器を使用します。
Moku:プロフェーズメーター
ミキサーとローパスフィルターはほとんどのオフセット位相ロックシステムに適していますが、制限がないわけではありません。 2 つは、ミキサーとフィルターの組み合わせの範囲が ±π/XNUMX に制限されており、システムからの位相出力が線形になるのは、ゼロに非常に近い場合のみです。これらの範囲と直線性の問題により、変動が大きいシステムに対処することが困難になることがよくあります。 Moku:Pro Phasemeter は、位相検出器としてフェーズ ロック ループ (PLL) を使用し、自動位相アンラップ機能を提供して、標準的なミキサー タイプの位相検出器の線形ダイナミック レンジを拡張します。 PLL は、初期ロックの取得、非線形影響 (サイクル スリップなど) の除去を支援し、より堅牢なロックを保証します。
実験設定
1 つの非平面リング発振器 (NPRO) レーザーを使用して、Moku:Pro のフェーズメーター オフセット位相ロック アーキテクチャをデモしました。図 1 に示すように、マスター レーザーとスレーブ レーザーのビームはビームスプリッターによって結合され、フォト ダイオードで干渉されます。ビート ノートは Moku:Pro の入力 XNUMX に接続されました。その後、フィードバック信号は次の周波数コントローラーに接続されました。レーザ。
図 1: レーザー周波数オフセットロックのための装置のセットアップ。
ロック性能
ロックの位相安定性を評価するには、別の位相計を
Moku:Lab を光検出器に接続して、周波数と位相のドリフトを時間の関数として捕捉しました。周波数の振幅スペクトル密度を考慮すると、4 桁を超える安定性の向上が測定され、1 Hz までの相対周波数安定性は 0.1 Hz/√Hz であることがわかります。
図 2: ロックされたオフセットビートノートの周波数 (a) とロック解除されたオフセット ビートノートの位相 (b)。
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