電壓放大器賦能：太赫茲激光穩(wěn)定輸出控制的創(chuàng)新應(yīng)用

　　實(shí)驗(yàn)名稱：太赫茲激光穩(wěn)定輸出控制原理

　　測(cè)試設(shè)備：電壓放大器、THz激光探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡等。

　　實(shí)驗(yàn)過程：

圖1：THz激光穩(wěn)定控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　THz激光穩(wěn)定控制系統(tǒng)原理如圖1所示，主要包括THz激光探測(cè)器，數(shù)據(jù)采集卡，電壓放大器。其中THz激光功率計(jì)探測(cè)到THz激光后得到直流電壓信號(hào)。由計(jì)算機(jī)圖形化編程Labview控制的數(shù)據(jù)采集卡對(duì)THz激光功率信號(hào)進(jìn)行采集，并對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析，并給出誤差電壓信號(hào)控制數(shù)據(jù)采集卡上的D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓信號(hào)，經(jīng)電壓放大器放大后反饋至泵浦激光器諧振腔的壓電陶瓷上。若電壓增加，功率增加，則電壓變化方向不變，電壓繼續(xù)增加，若功率降低則電壓變化方向反向。使THz激光功率始終保持在極大值的位置。我們稱之為極大值法，流程圖如圖2所示。

圖2：THz激光穩(wěn)定控制系統(tǒng)流程示意圖

　　測(cè)試結(jié)果：

圖3：光泵THz激光主動(dòng)穩(wěn)定控制裝置

　　實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，THz激光器采用直流激勵(lì)的機(jī)械斬波調(diào)QCO2激光器作為泵浦源，調(diào)節(jié)光柵角度輸出譜線9P(36)支，重復(fù)頻率20kHz時(shí)，得到泵浦激光的平均功率最高為6.7W。在THz振蕩器內(nèi)充入甲醇工作氣體，工作氣壓15Pa獲得脈沖THz激光最高平均功率為7.2mW。THz激光經(jīng)高阻硅鏡片分束后，一束THz激光反射至P4型熱釋電探測(cè)器，探測(cè)到的脈沖信號(hào)送至控制系統(tǒng)經(jīng)放大及整流電路后由計(jì)算機(jī)控制的采集卡采集電壓信號(hào)分析電壓變化后給出誤差電壓信號(hào)經(jīng)電壓放大器放大后反饋至泵浦激光器諧振腔壓電陶瓷從而調(diào)節(jié)泵浦激光的頻率，使THz激光穩(wěn)定在極大值的位置。另一束THz激光透過硅片后入射至THz激光功率計(jì)，通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄監(jiān)視THz激光的功率變化情況。

圖4：THz激光自由運(yùn)轉(zhuǎn)功率的漂移

　　實(shí)驗(yàn)中，光泵THz激光系統(tǒng)處于自由運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)時(shí)，在15分鐘內(nèi)測(cè)量并記錄了THz激光功率的變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，THz激光功率變化范圍為1.5mW~6mW，變化具有一定的隨機(jī)性，率變化速度最大0.088mW/s，功控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于50ms，控制電壓步長(zhǎng)最小為500V/4096=0.12V，滿足控制精度的要求，通過計(jì)算激光功率穩(wěn)定度為0.75。壓電陶瓷最大伸縮量10µm，因此壓電陶瓷電壓在0~500V變化時(shí)，對(duì)于F-P諧振腔及波長(zhǎng)為9.69µm的泵浦激光而言，泵浦激光頻率的變化周期大于2s，滿足調(diào)諧要求。泵浦激光器的諧振腔長(zhǎng)度為1.5m，自由光譜范圍約為100MHz，甲醇?xì)怏w共振吸收頻率距泵浦激光譜線中心+24MHz左右，位于泵浦激光可調(diào)諧范圍內(nèi)。可粗略的估算最佳泵浦頻率處泵浦激光功率大約處于最大功率和最小功率之間。

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圖：ATA-214高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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