【正文】 ， 即可實(shí)現(xiàn)單縱模振蕩 。 Lcvq 2??qv? qv?光電子技術(shù)研究所 （ 3）法布里一珀羅標(biāo)準(zhǔn)具法選縱模 在諧振腔內(nèi)放置一個(gè)法布里一珀羅標(biāo)準(zhǔn)具 。 FP標(biāo)準(zhǔn)具相當(dāng)于一個(gè)濾光片，它對(duì)于不同波長的透過率分布如右圖所示。圖中的 R為 FP標(biāo)準(zhǔn)具表面對(duì)入射光的反射率 光電子技術(shù)研究所 式中 c是真空中的光速 ， n′是 FP標(biāo)準(zhǔn)具介質(zhì)折射率 ， d是標(biāo)準(zhǔn)具厚度 ， θ是光進(jìn)入 FP標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)的折射角 。 光垂直入射時(shí) ， qv?qv??c o s2 dncvq ???dncvq ??? 2是相鄰?fù)干浞宓念l率間隔， 由下式確定： 光電子技術(shù)研究所 當(dāng)將 FP標(biāo)準(zhǔn)具插人諧振腔時(shí) ， 激光器的振蕩頻率既要滿足諧振腔的共振條件 ，又要滿足 FP標(biāo)準(zhǔn)具有最大透過率要求 。一旦 FP標(biāo)準(zhǔn)具的厚度 d小到使等于增益曲線的寬度 ， 就可以實(shí)現(xiàn)單縱模運(yùn)轉(zhuǎn) 。其選縱模原理 ， 如圖所示 。 由于 FP標(biāo)準(zhǔn)具選縱模的諧振腔長度沒有縮短．所以輸出功率仍可較大。 光電子技術(shù)研究所 選模技術(shù)獲得了單頻振蕩 ， 由于內(nèi)部和外部條件的變化 ， 諧振頻率仍然會(huì)在整個(gè)增益線型內(nèi)移動(dòng) ， 使輸出頻率變化 ， 頻率漂移 。 穩(wěn)頻 光電子技術(shù)研究所 1．引起腔長變化的主要因素是： ? 反射鏡的支架材料的熱膨脹 ， 使腔長變化； ? 機(jī)械振動(dòng)會(huì)引起諧振腔支架的振動(dòng) ， 導(dǎo)致腔長變化 。 例如 ， 一個(gè)腔長 L＝ 150mm的 He— Ne激光器 ， 振動(dòng)引起的腔長變化 ＝ 1μm時(shí) ， 將使穩(wěn)定度為 6． 6 106。 若要達(dá)到 l l08的穩(wěn)定度 ， 必須保證 ＜ 1． 5nm(要注意 ， 原子的線度是 0． 1nm)； L?L?2．引起折射率變化的因素 暴露在大氣腔體 ， 當(dāng)大氣條件 (氣壓 、 溫度 、 濕度 )變化時(shí) ， 空氣折射率將產(chǎn)生變化 ， 從而導(dǎo)致諧振頻率變化 。 光電子技術(shù)研究所 1． 被動(dòng)式穩(wěn)頻 盡量將激光器與變化的外界環(huán)境隔離開來 ， 減小外界環(huán)境對(duì)激光器的擾動(dòng) 采用膨脹系數(shù)小的材料制作； 恒溫控制 限震 密封隔聲 穩(wěn)定電流等措施 被動(dòng)式穩(wěn)頻的穩(wěn)定度只能達(dá)到 107，要提高到108以上，非常困難。 對(duì)系統(tǒng) 可以減小外界環(huán)境的變化對(duì)激光器的影響 分為兩類： 被動(dòng)式穩(wěn)頻和主動(dòng)式穩(wěn)頻 。 光電子技術(shù)研究所 其主要思想是 ， 選取一個(gè)穩(wěn)定的參考標(biāo)準(zhǔn)頻率 ． 當(dāng)外界條件變化 ， 使其頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)頻率時(shí) ，設(shè)法進(jìn)行鑒別 2．主動(dòng)式穩(wěn)頻 在外界環(huán)境變化的情況下 ,保持諧振腔的光程腔長穩(wěn)定不變。 同時(shí)產(chǎn)生出一個(gè)反映這個(gè)偏差的誤差信號(hào)，該誤差信號(hào)可指明偏離標(biāo)準(zhǔn)頻率值的大小，且能指明是偏大 \偏小，并將誤差信號(hào)轉(zhuǎn)變成執(zhí)行信號(hào) 反饋給激光器的伺服機(jī)構(gòu)，通過控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)腔長，使激光工作頻率穩(wěn)定地在標(biāo)準(zhǔn)頻率上運(yùn)轉(zhuǎn)。 光電子技術(shù)研究所 由激光原理 ， 由于增益飽和效應(yīng) ， 其輸出功率變化形式如圖所示 。 蘭姆凹陷穩(wěn)頻技術(shù) 由于凹陷的寬度 (約是譜線寬度的百分之一 )遠(yuǎn)比譜線寬度窄 ， 在 v0附近頻率 v的微小改變 ， 都將引起輸出功率的顯著變化 。 形狀呈鐘形 ， 在中心頻率 v0處有一個(gè)凹陷 蘭姆凹陷 。 將譜線中心頻率 v0選作標(biāo)準(zhǔn)頻率，通過對(duì)輸出光強(qiáng)的監(jiān)測，實(shí)時(shí)地確定工作頻率相對(duì) v0的偏離，利用靈敏的腔長自動(dòng)補(bǔ)償伺服系統(tǒng)，即可使激光頻率穩(wěn)定在 v0上運(yùn)轉(zhuǎn)，這就是蘭姆凹陷穩(wěn)頻基本思想 光電子技術(shù)研究所 由穩(wěn)頻激光管和穩(wěn)頻伺服系統(tǒng)組成。激光管采用熱膨脹系數(shù)很小的石英管制成 . 蘭姆凹陷穩(wěn)頻裝置 諧振腔的兩個(gè)反射鏡安置在殷鋼架上，其中一個(gè)貼在壓電陶瓷環(huán)上。 光電接收器一般采用硅光電二極管，它將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。 光電子技術(shù)研究所 相敏檢波器 (PSD)采用環(huán)形相敏橋 ， 當(dāng)輸入信號(hào)與參考信號(hào)同相輸入時(shí) , 輸出一個(gè)負(fù)的直流電壓； 當(dāng)它們反相輸入時(shí) ， 輸出一個(gè)正的直流電壓； 當(dāng)輸入信號(hào)為零 、 只有參考信號(hào)輸入時(shí) ， 無輸出電壓 。 因此，相敏檢波器輸出電壓的極性，與輸入誤差信號(hào)的相位有關(guān)，輸出電壓的大小反映了輸入誤差信號(hào)的大小。 光電子技術(shù)研究所 音頻振蕩器除了向相敏檢波器提供一個(gè)參考信號(hào)外 。 還向壓電陶瓷環(huán)提供一個(gè) 0～ 1V的可調(diào)正弦電壓 ， 以對(duì)腔長進(jìn)行調(diào)制 。 壓電陶瓷環(huán)的長度為幾厘米。環(huán)的內(nèi)外表面有兩個(gè)電極，由于電致伸縮效應(yīng)，在外表面外加正電壓時(shí) ， 環(huán)伸長 (腔長縮短 )，而加負(fù)電壓時(shí)。 光電子技術(shù)研究所 蘭姆凹陷穩(wěn)頻的基本過程如下：當(dāng)壓電陶瓷環(huán)上加有音頻 (例如 lkHz)調(diào)制電壓時(shí) ， 其長度產(chǎn)生周期性的伸縮 ， 激光器的腔長將以同樣的頻率周期性地變長和縮短 。 激光的振蕩頻率將會(huì)產(chǎn)生幅度為 △ v的周期性變化 ， 激光器的輸出功率也將相應(yīng)地產(chǎn)生幅度為 △ P的周期性變化 。 光電子技術(shù)研究所 當(dāng) △ v一定時(shí) ， △ P的大小及輸出功率變化的相位 ， 僅與輸出功率調(diào)諧曲線相應(yīng)工作點(diǎn)的位置和斜率有關(guān) 。 例如 ， 相應(yīng)外界因素的影響 ，激光器的振蕩中心頻率分別處在 vA、 vO、 vB處 ， 由于相應(yīng)vA處的功率調(diào)諧曲線的斜率是負(fù)值 ， 所得到的輸出功率的變化與調(diào)制信號(hào)同頻 、 反相； 光電子技術(shù)研究所 由于輸出功率的變化特性中 ， 既包含了激光工作頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)頻率 v0的大小 ， 又包含了激光工作頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)頻率 v0的方向 (偏大還是偏小 )， 所以可將其作為誤差信號(hào) 。 相應(yīng) vB處的功率調(diào)諧曲線的斜率是正值 ， 所得到的輸出功率的變化與調(diào)制信號(hào)同頻 、 同相；而相應(yīng)于 v0處的輸出功率變化頻率是調(diào)制信號(hào)的二倍 。 光電子技術(shù)研究所 當(dāng)輸出功率通過光電接收器被變換成電誤差信號(hào)后 ， 相應(yīng) vA， v0、 vB三種狀態(tài)的 PSD輸出電壓分別為正、零、負(fù)的直流誤差電壓，它們經(jīng)直流放大后，加到壓電陶瓷環(huán)上，使環(huán)變長、不變和變短，從而使激光器諧振腔腔長相應(yīng)地縮短、不變和變長。 相應(yīng) v0工作頻率狀態(tài)的電信號(hào)不能通過選頻放大器 (其放大頻率選定為 lkHz)， 而相應(yīng) vA和 vB工作頻率狀態(tài)的電信號(hào) ，可以通過選頻放大器 ， 并加到 PSD上 。 光電子技術(shù)研究所 因某種外界因素使腔長變長 ， 工作頻率變小 ，則通過上述過程 ， 將使腔長縮短 ， 自動(dòng)地補(bǔ)償了外界因素引起的頻率變化 ， 直到使激光工作頻率穩(wěn)定在蘭姆凹陷中心頻率 v0上運(yùn)轉(zhuǎn)為止 。 應(yīng)當(dāng)指出，蘭姆凹陷穩(wěn)頻是以原子躍遷中心頻率 v0作為參考標(biāo)準(zhǔn)頻率的，所以 v0本身的漂移 (由壓力位移、斯塔克效應(yīng)、放電條件的變化等引起 )，會(huì)直接影響頻率的長期穩(wěn)定度和再現(xiàn)度。