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用于稳定激光功率的数字控制系统

李营营 江志坤 王安琪

李营营, 江志坤, 王安琪. 用于稳定激光功率的数字控制系统[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(4): 406004-0406004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0406004
引用本文: 李营营, 江志坤, 王安琪. 用于稳定激光功率的数字控制系统[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(4): 406004-0406004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0406004
Li Yingying, Jiang Zhikun, Wang Anqi. Digital control system for higher laser power stability[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(4): 406004-0406004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0406004
Citation: Li Yingying, Jiang Zhikun, Wang Anqi. Digital control system for higher laser power stability[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(4): 406004-0406004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0406004

用于稳定激光功率的数字控制系统

doi: 10.3788/IRLA201645.0406004
基金项目: 

国家自然科学基金(61473166)

详细信息
    作者简介:

    李营营(1990-),女,硕士生,主要从事冷原子束和冷原子干涉仪方面的研究。Email:lylaana@163.com;冯焱颖(1977-),男,副教授,主要从事原子光学及其在惯性和磁场等精密测量技术领域的应用方面的研究。Email:yyfeng@tsinghua.edu.cn

  • 中图分类号: O439

Digital control system for higher laser power stability

  • 摘要: 在冷原子干涉仪的研究中,常采用三个拉曼光脉冲实现对原子束的相干操控(分束、反射和合束)。拉曼激光的功率抖动会引起Rabi频率的变化,从而带来严重的干涉相移噪声。这些噪声对用于高精度转动加速度测量的冷原子干涉仪来说是不可忽略的系统噪声,因此实现拉曼激光的功率稳定对于实现高精度原子干涉是至关重要的。采用声光调制器(AOM)作为执行器,设计了一套用于稳定激光功率的数字控制系统。在对AOM进行系统辨识和控制器仿真设计的基础上,利用Labview程序实现了激光功率稳定的PID控制。测试结果表明,在测量时间为1 h情况下,激光功率的不稳定度由系统闭环前的1.67%降低到了系统闭环后的0.19%,极大地提高了干涉信号的稳定性,同时也降低了系统噪声。
  • [1] Barr B W, Strain K A, Killow C J. Laser amplitude stabilization for advanced interferometric gravitational wave detectors[J]. Class Quan Grav, 2005, 22:4279-4283.
    [2] Nocera F. LIGO laser intensity noise suppression[J]. Class Quan Grav, 2004, 21:S481-S485.
    [3] Kwee P, Willke B, Danzmann K. Shot-noise-limited laser power stabilization with a high-power photodiode array[J]. Optics Letters, 2009, 34(19):2912-2914.
    [4] Savard T A, O'Hara K M, J E Thomas. Laser-noise-induced heating in far-off resonance optical traps[J]. Physical Review A, 1997, 56(2):R1095-R1098.
    [5] Gustavson T L. Precision rotation sensing using atom interferometry[D]. San Frarcisco:Stanford University, 2000.
    [6] Lu Xuanhui, Wang Jiangfeng. Quantum gyroscope based on an atom interferometer[J]. Infrared and Laser Engineering, 2007, 36(3):293-296. (in Chinese)陆璇辉, 王将峰. 基于原子干涉的量子陀螺仪[J]. 红外与激光工程, 2007, 36(3):293-296.
    [7] Kasevich M, Weiss D S, Riis E, et al. Atomic velocity selection using stimulated Raman transitions[J]. Phys Rev Lett, 1991, 66:2297-2300.
    [8] Fu Yanjun, Zou Wendong, Xiao Huirong, et al. Optic power control of LD drive circuit[J]. Infrared and Laser Engineering, 2005, 34(5):626-630. (in Chinese)伏燕军, 邹文栋, 肖慧荣, 等. 半导体激光器驱动电路的光功率控制的研究[J]. 红外与激光工程, 2005, 34(5):626-630.
    [9] Abbott R S, King P J. Diode-pumped Nd:YAG laser intensity noise suppression using a current shunt[J]. Review of Scientific Instruments, 2001, 72(2):1349-1349.
    [10] Seifert F, Kwee P, Heurs M, et al. Laser power stabilization for second-generation gravitational wave detectors[J]. Optics Letters, 2006, 32(13):2000-2002. (in Chinese)
    [11] Xu Jieping. Theory, Design and Application for Acoustic-optical Devices[M]. Beijing:Science Press, 1982:1-105, 153-205. (in Chinese)徐介平. 声光器件的原理、设计和应用[M]. 北京:科学出版社, 1982:1-105, 153-205.
    [12] Tian Zheng. Dynamic Data Processing Theory and Medthod-Time Series Analysis[M]. Xi'an:Northwest Industry University Press, 1995. (in Chinese)田铮. 动态数据处理的理论与方法-时间序列分析[M]. 西安:西北工业大学出版社, 1995.
    [13] Li Yang, Xie Hui, Chen Kan. Design and realization of PID control system based on LabVIEW[J]. China Measurement and Testing Technology, 2008, 24(3):74-76. (in Chinese)李扬, 谢晖, 陈侃. 基于LabVIEW的PID控制系统设计与实现[J]. 中国测试技术, 2008, 24(3):74-76.
  • [1] 沈法华, 李薛康, 朱江月, 谢晨波, 王邦新, 杨亮亮, 周慧, 徐华.  基于双级联法布里-珀罗干涉仪多纵模测温激光雷达技术 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220573-1-20220573-10. doi: 10.3788/IRLA20220573
    [2] 沈法华, 徐菁苑, 范安冬, 谢晨波, 王邦新, 杨亮亮, 周慧, 徐华.  基于双法布里-珀罗干涉仪多纵模米散射多普勒激光雷达技术 . 红外与激光工程, 2023, 52(7): 20220762-1-20220762-10. doi: 10.3788/IRLA20220762
    [3] 王振宝, 冯刚, 吴勇, 张磊, 方波浪, 王飞, 王平, 武俊杰.  脉冲/连续高功率激光光斑分布阵列探测器 . 红外与激光工程, 2022, 51(10): 20220064-1-20220064-5. doi: 10.3788/IRLA20220064
    [4] 冉建, 曹飞, 姜俊, 张兴.  大电流、高稳定脉冲激光器驱动电路设计与数学分析 . 红外与激光工程, 2020, 49(S1): 20200184-20200184. doi: 10.3788/IRLA20200184
    [5] 程勇, 刘旭, 谭朝勇, 王赛, 韦尚方.  星载激光测高仪固体激光器技术研究与发展 . 红外与激光工程, 2020, 49(11): 20201046-1-20201046-10. doi: 10.3788/IRLA20201046
    [6] 郝寅雷, 丁君珂, 陈浩, 蒋建光, 孟浩然, 刘欣悦.  集成光学移相干涉仪的研制与性能表征 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 420001-0420001(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0420001
    [7] 王建波, 钱进, 殷聪, 陆祖良, 黄璐, 杨雁.  激光锁定Fabry-Perot干涉仪精密测量电容 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 517001-0517001(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0517001
    [8] 徐宁, 秦水介.  正交偏振激光回馈干涉仪稳定性提高方法研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(3): 320003-0320003(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0320003
    [9] 辛璟焘, 李凯, 张雯, 娄小平, 祝连庆.  采用萨格纳克干涉仪与螺旋相位片生成矢量光束 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 217001-0217001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0217001
    [10] 马慧娟, 茹宁, 王宇.  用于原子重力仪的外腔半导体激光器的两种稳频方法比较 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 106002-0106002(9). doi: 10.3788/IRLA201746.0106002
    [11] 叶全意, 高英杰, 田锦, 苏守宝, 王永嘉.  基于3dB光纤耦合器构成的Mach-Zehnder光纤干涉仪稳定控制系统 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1022003-1022003(5). doi: 10.3788/IRLA201787.1022003
    [12] 陈晨, 秦佳男, 张雪, 林君, 王言章.  用于SERF原子磁力仪的DFB激光器温度控制系统 . 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1205004-1205004(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1205004
    [13] 樊鹏格, 吴易明, 贾森, 王先华.  冷原子干涉仪中二维磁光阱线圈的优化设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 618003-0618003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0618003
    [14] 李勤, 王洪波, 李立京, 梁生, 钟翔.  基于Michelson 干涉仪的光纤分布式扰动传感器 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 205-209.
    [15] 高苗, 邵晓鹏, 王琳, 史学舜, 孙昊洋, 丁钟奎, 孙华梁, 张彦杰, 刘玉龙.  基于声光调制的中波红外激光功率稳定系统 . 红外与激光工程, 2015, 44(7): 1975-1979.
    [16] 孙权社, 陈坤峰, 史学舜.  中红外激光器功率稳定器技术 . 红外与激光工程, 2015, 44(7): 2127-2131.
    [17] 张春熹, 李勤, 李立京, 梁生, 钟翔.  基于Sagnac组合型干涉仪的光纤分布式扰动传感器 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3378-3382.
    [18] 董磊, 刘欣悦, 张景旭, 于树海, 王国聪.  采用MOPA结构的光学外差干涉激光器 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 345-349.
    [19] 明安杰, 谭振新, 吴健, 赵敏, 欧文, 陈大鹏.  基于虚拟仪器的多通道MEMS 加速度计自动化测试系统 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1955-1959.
    [20] 柯超凡, 彭翔, 徐盛晨, 喻松.  基于虚拟仪器的光泵磁力仪测控系统设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3315-3319.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-08-25
  • 修回日期:  2015-09-12
  • 刊出日期:  2016-04-25

用于稳定激光功率的数字控制系统

doi: 10.3788/IRLA201645.0406004
    作者简介:

    李营营(1990-),女,硕士生,主要从事冷原子束和冷原子干涉仪方面的研究。Email:lylaana@163.com;冯焱颖(1977-),男,副教授,主要从事原子光学及其在惯性和磁场等精密测量技术领域的应用方面的研究。Email:yyfeng@tsinghua.edu.cn

基金项目:

国家自然科学基金(61473166)

  • 中图分类号: O439

摘要: 在冷原子干涉仪的研究中,常采用三个拉曼光脉冲实现对原子束的相干操控(分束、反射和合束)。拉曼激光的功率抖动会引起Rabi频率的变化,从而带来严重的干涉相移噪声。这些噪声对用于高精度转动加速度测量的冷原子干涉仪来说是不可忽略的系统噪声,因此实现拉曼激光的功率稳定对于实现高精度原子干涉是至关重要的。采用声光调制器(AOM)作为执行器,设计了一套用于稳定激光功率的数字控制系统。在对AOM进行系统辨识和控制器仿真设计的基础上,利用Labview程序实现了激光功率稳定的PID控制。测试结果表明,在测量时间为1 h情况下,激光功率的不稳定度由系统闭环前的1.67%降低到了系统闭环后的0.19%,极大地提高了干涉信号的稳定性,同时也降低了系统噪声。

English Abstract

参考文献 (13)

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