低相噪声二极管激光器的基于阵列的现场可编程的数字频率稳定
Victor Avalos1, Xiaoyu Nie1, Anbang Yang1
1Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore, 3 Science Drive 2, Singapore 117543.
The Review of scientific instruments
|October 20, 2023
概括
我们比较了一个数字现场可编程门阵列 (FPGA) 伺服模块与一个用于激光频率稳定的模拟模块. FPGA模块的性能与模拟系统相比,可用于光谱学和原子物理应用的精确控制.
科学领域:
- 原子,分子和光学物理学
- 激光光谱学 激光光谱学
- 控制系统工程 控制系统工程
背景情况:
- 激光频率稳定对于高分辨率光谱和精度测量至关重要.
- 传统的模拟伺服模块提供了强大的性能,但缺乏灵活性.
- 现场可编程门阵 (FPGA) 技术为先进的,可适应的控制系统提供了机会.
研究的目的:
- 为了比较基于FPGA的数字伺服模块与传统模拟伺服模块的性能,用于激光频率稳定.
- 评估在数字和模拟平台上实施的比例-积分-导数 (PID) 控制的有效性.
- 评估FPGA模块对于低相噪声激光应用的适用性.
主要方法:
- 数字 (FPGA) 和模拟PID伺服模块的特征传输功能.
- 用光学节拍检测测稳定激光器的相位噪声测量单侧带功率光谱密度.
- 在1120nm和665nm波长使用了两个低相噪声二极管激光器.
- 使用高精度的光学空洞进行激光频率锁定.
主要成果:
- 基于FPGA的数字伺服模块表现出与模拟对应器可比的性能.
- 实现的集成相位噪声水平低至30mrad,相对噪声功率为10−3.3.
- 在sub-kHz模式下确定激光线宽,主要受光腔限制.
- 通过开源修改验证了STEMlab FPGA模块的多功能性.
结论:
- 基于FPGA的数字伺服模块是激光频率稳定模拟系统的可行替代品.
- 这些数字模块为低相噪声应用提供了出色的性能.
- FPGA模块的灵活性使它们适合用于原子,分子和光学物理学和激光光谱学的远程控制实验.
