摘要
非平面环形腔激光器（Non-PlanarRingOscillator，NPRO）因其结构紧凑、性能稳定、噪声低等优点被广泛应用于激光雷达、激光相干通信等各个领域，特别是可应用于空间引力波探测。我国自主开展的空间引力波探测计划—天琴计划对种子光源有更高的要求，本论文主要围绕满足于天琴空间引力波探测计划的非平面环形腔激光器的关键技术进行研究。主要研究内容如下： 借助于本征偏振理论分析了非平面环形腔的工作原理，通过设计光路实现了非平面环形腔激光器的原理试验，通过利用Nd：YAG晶体作为谐振腔和增益介质，以808nm半导体激光器作为泵浦源，实现了100mW的1064nm单向单模激光输出，激光器温度调谐系数为-3.1GHz/℃，无跳模调谐范围接近8GHz，激光器的相对强度噪声为2.5×10-3/√Hz@1mHz。 为了保证探测精度，天琴引力波探测计划要求检验质量块免受外界干扰，对外界磁场干扰提出要求，假设激光器距离检验质量块0.8m，磁场要求为3.9mG，磁场梯度要求为0.015G/m。通过模拟仿真，计算了激光器磁场分布，设计了激光器磁场屏蔽方案。实验上利用超微晶高导磁材料对激光器进行包裹，实现了良好的磁场屏蔽效果，满足天琴引力波探测的需求。 为了实现高带宽低噪声锁定，以压电陶瓷片（PZT）作为执行器、利用PDH锁定技术将NPRO激光器锁定至超稳腔进行频率噪声抑制。天琴引力波探测计划要求压电陶瓷片的响应带宽为100kHz。通过对压电陶瓷片的结构进行设计以及优化粘接工艺，压电陶瓷片响应带宽达到了180kHz，压电调谐系数为1MHz/V，满足天琴引力波探测的需求。 最后，结合磁场和响应带宽要求，优化了激光器的整体封装结构和性能。
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