1.1 本課題的研究背景

激光由于具有良好的單色性及相干性，被廣泛應用于精密激光光譜和精密計量等諸多研究領域。頻率穩定度極高的激光器已在計量研究領域提供長度基準和時間頻率標準。

自由運轉的激光器因受到外界振動、溫度起伏等因素的擾動，導致激光頻率隨時間變化，難以滿足精密計量等應用上的要求。要使激光頻率穩定輸出就必須利用激光穩頻技術，采取一定的措施來減小外界擾動所引起的激光頻率漂移。

實現激光頻率穩定性的提高，通常可以選取一個頻率參考標準，通過激光頻率與頻率參考標準進行比較，得到激光頻率偏離頻率參考標準的誤差信號，通過伺服控制系統和執行機構調整激光器的某一參數，使激光頻率鎖定在頻率參考標準上，從而獲得頻率穩定的激光。

常用的穩頻頻率參考標準主要有兩類:一類是以原子或分子的躍遷譜線中心頻率作為頻率參考標準;另一類以光學諧振腔的共振頻率作為頻率參考標準。

在以原子或分子躍遷譜線中心頻率作為參考頻率標準方法中，早期有分子飽和吸收穩頻，它以分子飽和吸收氣體的強吸收峰所對應的頻率作為參考頻率標準實現穩頻。

隨著激光冷卻技術的發展和應用，國際上許多小組在進行冷原子、單離子精密光譜檢測和光鐘系統的研究。

由于冷原子的躍遷譜線寬度在Hz或亞HZ量級，因此需要超窄線寬的激光作為探測光。而采用PDH技術的穩頻激光器能得到寬度在Hz或mHz量級的譜線，己成為冷原子精密光譜和光鐘研究中關鍵的光源。

在以原子或分子躍遷譜線中心頻率作為參考頻率標準方法中，早期有分子飽和吸收穩頻，它以分子飽和吸收氣體的強吸收峰所對應的頻率作為參考頻率標準實現穩頻。如采用甲烷(CH4)穩定的3.39μmHe-Ne激光器，得到了可與微波頻標相比擬的頻率穩定度。對于分子飽和吸收穩頻激光器，選擇理想的吸收介質至關重要。吸收氣體既要滿足吸收一譜線與激光增益譜線頻率基本重合，還要滿足具有比較大的吸收系數、激發態壽命比較長、譜線自然寬度小的要求。

80年代初，IBMResearchLaboratry首次提出利用射頻電光調制實現的頻率調制光外差光譜(FM光潛)。該技術使調制光與吸收物質作用，由于載波和邊帶通過樣品后的幅度衰減和相位延遲不相同，運用光外差相敏檢測得到樣品的吸收型和色散型信號，并作為鑒頻信號用于鎖定激光頻率。但由于分子吸收譜線的多普勒展寬效應，仍然限制了穩頻精度的進一步提高。隨著飽和吸收等無多普勒展寬光譜學的發展，實現了對分子超精細結構光譜高分辨、高靈敏檢測，為發展激光穩頻技術及提高穩頻精度提供了重要的方法。

1.2 本課題的目的及意義

激光由于具有良好的單色性及相干性，被廣泛應用于精密激光光譜和精密計量等諸多研究領域。頻率穩定度極高的激光器已在計量研究領域提供長度基準和時間頻率標準。

如何有效的監測激光穩頻系統中的各項參數，用什么方式讓嵌入式監測系統與計算機通信，并提供友好的人機界面，使激光穩頻系統的監控和使用更加方便可靠，這正是本文探討的初衷。

1.3 主要研究內容

1.3.1 單片機系統（穩頻系統）實現的功能

（由單片機控制）需要向上位機發送如下信息：

1、頻率是否穩定（真或假）

2、當前的參數設置內容（包括PID的比例系數值、積分時間常數值、微分常數值）

3、 其他參數（包括系統當前狀態（好、壞）、若有損壞，是哪部分、是否在穩頻狀態）

1.3.2 上位機系統實現功能如下

上位機需要向穩頻系統（由單片機控制）發送如下信息：

1、開始或停止穩頻

2、設置參數（包括PID的比例系數值、積分時間常數值、微分常數值）

3、詢問系統工作狀態（（好、壞）、若有損壞，是哪部分）

4、頻率是否穩定

2 系統硬件設計

2.1 系統可行性分析

現在計算機技術和電子技術已非常成熟，可靠監控激光穩頻系統中的各項參數，無任何理論上的技術瓶頸。