光学锁相环(Optical Phase-locked Loop, OPLL)技术是实现激光相位相干的有效方法。鉴于环路滤波器参数直接影响光学锁相环系统的整体性能, 提出了一种二阶无源环路滤波器参数的优化方法。首先, 根据相角裕度定义及系统开环传递函数的数学模型, 推导出环路滤波器参数设计的公式, 并设计了一种基于MATLAB的参数优化算法。然后, 为精确地设计拉曼激光光学锁相环参数, 设计了消多普勒饱和吸收谱实验,并对激光器的压电陶瓷端口反馈增益参数进行测量。在锁相环闭环控制系统性能仿真中, 得到了单位阶跃响应的超调量为6.53%, 调节时间为0.584 ?滋s。最后, 对拉曼激光光学锁相环各个模块进行Simulink建模并仿真, 仿真结果表明锁相环能够实现对拉曼光相位锁定且锁定时间为2 ?滋s, 因此, 验证了锁相环参数设计方法的正确性。在工程应用中, 为光学锁相环的参数设计提供了重要参考价值。

在铷原子气室中实现了饱和吸收谱稳频法和消多普勒的双色谱稳频法, 以给在建的原子干涉重力仪系统选择合适的激光稳频方法。介绍了两种稳频方法的基本原理及实验细节。通过调整光路设计、自制低噪声光电探测器以及应用数字锁定模块, 获得了良好的鉴频误差信号。每种方法都搭建了两套稳频系统并在3 000 s采集时间内保持锁定。激光器在经饱和吸收法和消多普勒双色谱法锁定后, 激光频率波动分别为16.2 kHz和31.4 kHz, 相应于在10 s采样时间下分别获得4.21×10-11和8.18×10-11的频率稳定度; 相比之下, 激光器自由运转时, 频率波动和稳定度分别为629 kHz和1.64×10-9。在原子重力仪系统小型化的需求下详述了两种稳频方法的优缺点, 比较而得消多普勒的双色谱稳频法在原子干涉重力仪的小型化模块化发展方向不失为具有潜力的一种选择。