T51選模穩(wěn)頻課件

第七講激光技術(shù)之一、選模技術(shù)二、穩(wěn)頻技術(shù)1激光器通常是多模振蕩，包括多縱模和多橫模。前者按頻率區(qū)分模數(shù)，后者按空間區(qū)分模數(shù)。盡管諧振腔對縱模和橫模都有限制作用，但是在有些情況下，還需要進一步選模，即選擇特定的模式允許其振蕩。極限情況下，將要求單縱模、單橫模的振蕩輸出。一、選模技術(shù)激光振蕩的條件是增益大于損耗，即。如果使需要輸出的模式具有小的損耗，滿足振蕩條件，而不需要的模式具有大的損耗，不滿足振蕩條件，則可達到選模的目的。2（一）橫模選擇激光在諧振腔內(nèi)振蕩的過程中，橫向光強分布不均勻，在光束橫截面上形成各種不同形式的穩(wěn)定分布，這種穩(wěn)定分布，稱為橫向模式。光闌法選模（1）小孔光闌選模（2）聚焦光闌法33、干涉選模法（F-P標準具法）標準具：兩面平行，鍍高反射膜，厚度為d，材料的折射率為n。5由于多光束反射，對滿足頻率條件的光有極高的反射率(接近100%)

。式中c為真空中光速，i2為平板中的折射角，k是正整數(shù)。6圖（a）：不選模時有5個縱模，二模之間的間距為激光器的縱模間隔。

圖（b）：標準具的透射曲線，在vk-1，vk，vk+1有高透射率，且間距大于激光器的縱模間隔。圖（c）：5個縱模中只有一個能通過標準具，因而形成振蕩輸出激光的只有一個縱模頻率。

7（2）頻率的復(fù)現(xiàn)性

激光器在不同的時間、地點等條件下頻率重復(fù)或再現(xiàn)的精度，用R表示。頻率穩(wěn)定性表示激光頻率在平均頻率附近的漂移，頻率的再現(xiàn)性表示平均頻率本身的變化。

92、影響激光頻率穩(wěn)定的因素頻率的穩(wěn)定性主要取決于折射率n和腔長L的穩(wěn)定。

引起n，L變化的外界因素

①溫度變化的影響；②大氣變化的影響；③機械振動的影響；④磁場的影響。引起頻率變化的內(nèi)部因素①激光管內(nèi)充氣壓比例不同，氣壓、放電電流變化引起頻率變化；②由于原子自發(fā)輻射造成的無規(guī)則噪聲影響到頻率。

103、穩(wěn)頻的一般原理1、采用負反饋電路控制穩(wěn)頻技術(shù)。選取一個穩(wěn)定的參考標準頻率，當外界影響使激光頻率偏離標準頻率時，鑒頻器給出誤差訊號,通過負反饋電路去控制腔長，使激光頻率自動回到標準頻率上。穩(wěn)頻的實質(zhì)：保持n、L不變。Theend2、鑒頻器：是穩(wěn)頻的關(guān)鍵部件。①任務(wù)：a.提供標準頻率。b.頻率鑒別：當激光器振蕩頻率偏離標準頻率時，能夠鑒別出來。②對鑒頻器的要求：a.中心頻率要穩(wěn)定，標準頻率不能有漂移。b.靈敏度要高，微小變化能鑒別。③鑒頻器的類型：以原子譜線本身作為鑒頻器以外界標準頻率做鑒頻器113.工作過程：dI是極重要的參量，叫誤差信號。它是由激光器輸出的光強和標準頻率輸出的光強比較得到的信號。不同I不同，可用曲線的斜率表示。dI的大小表明的大小，相位表明偏離的方向。

dI由在壓電陶瓷上加一調(diào)制電壓得到，加一直流偏壓和頻率為f的調(diào)制電壓。加偏壓的目的是在工作前調(diào)整激光器的振蕩頻率為凹陷的中心頻率，因為標準頻率并不是固定不變的。加調(diào)制電壓的目的是給出dI的大小和方向，對光強進行低頻調(diào)制。

13穩(wěn)定度：穩(wěn)頻最關(guān)心的是穩(wěn)定度。要提高頻率的穩(wěn)定度，希望頻率微小的變化就能產(chǎn)生大的可以分辨的誤差訊號dI，即要求大--靈敏度高。①凹陷的深度越大，dI大，則大。一般要求凹陷的深度大約等于輸出光強1/8，穩(wěn)定性好。增加深度的辦法：a.降低腔內(nèi)損耗－降低閾值。b.提高信號增益，可以調(diào)節(jié)放電電流，使工作在最佳狀態(tài)。

②要求凹陷線型對稱。這樣在的兩側(cè)相同。如果兩側(cè)誤差訊號不對稱，小的一側(cè)dI小，靈敏度小。③利用藍姆凹陷穩(wěn)頻最高可達s-1＝10-9。漂移再現(xiàn)性誤差R＝10-7。穩(wěn)定度和再現(xiàn)性受到限制。

14塞曼效應(yīng)穩(wěn)頻

塞曼效應(yīng)：1.定義：在磁場的作用下，光譜線發(fā)生分裂的現(xiàn)象。2.穩(wěn)頻原理：由于原子譜線在磁場的作用下發(fā)生分裂，因此利用V左、V右光強差別來進行穩(wěn)頻。原理：利用塞曼分裂后左、右旋光增益曲線的交點作為標準頻率，當偏離時，根據(jù)V左、V右光強的變化做誤差訊號，利用電路反饋系統(tǒng)控制激光器腔長，使-=0。結(jié)構(gòu)：①激光器-反射鏡加到壓電陶瓷上。②電光晶體。③P-檢偏器④電路系統(tǒng)－給出偏差電壓dv。⑤光電轉(zhuǎn)換裝置。15飽和吸收穩(wěn)頻

反藍姆凹陷穩(wěn)頻：1.反藍姆凹陷：藍姆凹陷是在中心頻率處輸出功率出現(xiàn)凹陷。反藍姆凹陷是在中心頻率處輸出功率出現(xiàn)尖峰。反藍姆凹陷主要在激光器中加入飽和介質(zhì)，利用吸收介質(zhì)的飽和吸收特性來形成的。2.結(jié)構(gòu)原理：在結(jié)構(gòu)上除了在激光腔內(nèi)加一飽和吸收介質(zhì)以外，其他和藍姆凹陷的結(jié)構(gòu)完全相同。穩(wěn)頻時，以為標準頻率，在處輸出的光強為I0。當頻率偏離時，輸出的光強得到誤差信號，通過電路系統(tǒng)的處理，改變壓電陶瓷上加的直流電壓控制腔長L使→。3.穩(wěn)定度：s-1＝10-13比雙頻提高三個數(shù)量級10-10、10-9。復(fù)現(xiàn)性R＝10-12比雙頻藍姆R＝10-7高的多。

17塞曼效應(yīng)吸收穩(wěn)頻：利用吸收介質(zhì)的吸收中心作標準頻率，在吸收管上加一磁場，產(chǎn)生塞曼效應(yīng)，結(jié)果對不同旋光的光吸收差別來穩(wěn)定頻率。結(jié)構(gòu)原理：吸收管中充有低壓的Ne氣，加磁場以后，由于塞曼效應(yīng)，吸收曲線分離成左右旋光的兩條吸收線，它對頻率相同、旋光方向不同的圓偏光吸收不同。穩(wěn)頻過程：利用吸收曲線的中心頻率作標準頻率，利用左右旋光的光強差作誤差信號dI，采用一套負反饋電路控制系統(tǒng)。從激光器輸出的線偏光通過加有交變的矩形電壓Vλ/4晶體，變成左右旋光。又因右旋光和調(diào)制訊號同相位，dI大小和相位即可判別。

18激光強度的穩(wěn)定

穩(wěn)頻實質(zhì)是穩(wěn)定腔長，而在穩(wěn)頻中通過激光輸出光強的變化作誤差信號－通過電路的處理控制腔長從而達到穩(wěn)頻的目的。為了達到穩(wěn)頻的目的，要求激光輸出的強度除了頻率的漂移造成的光強度變化之外，其他因素造成的光強變化應(yīng)該盡力避免。如放電電流、電壓變化造成的光強變化，否則干擾頻率的穩(wěn)定－甚至無法穩(wěn)頻。為了排除其他因素造成的激光強度變化采取的措施：1.激光器的電源加穩(wěn)壓穩(wěn)流裝置。激光強度穩(wěn)定到n％2.采用穩(wěn)定激光強度控制裝置。19用拍頻技術(shù)測量頻率的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性將兩臺同樣結(jié)構(gòu)、同樣