第4章 激光的基本技術(shù)ppt課件

1、第第4章章 激光的根本技術(shù)激光的根本技術(shù)(1)4.1 激光器輸出的選模激光器輸出的選模4.2 激光器的穩(wěn)頻激光器的穩(wěn)頻4.3 激光束的變換激光束的變換4.4 激光調(diào)制技術(shù)激光調(diào)制技術(shù)4.3.1薄透鏡對(duì)球面波的曲率變換作用薄透鏡對(duì)球面波的曲率變換作用n幾何光學(xué)中透鏡起成像的作用，其成象公式描畫了物象關(guān)系n物理光學(xué)那么把透鏡的作用看成是使光波得到變換，把如下圖的發(fā)散球面波變成會(huì)聚球面波。假設(shè)將發(fā)散球面波的曲率半徑記做正R，會(huì)聚球面波的曲率半徑為負(fù)R，透鏡的作用可記做：n 透鏡的作用就是改動(dòng)光波波陣面的曲率半徑。n在傅里葉光學(xué)中透鏡的作用那么是提供附加位相因子n從不同角度對(duì)透鏡的物理作用有不同的解釋

2、其本質(zhì)是一樣的。fss111圖4-15 球面波經(jīng)過薄透鏡的變換fRR111高斯光束經(jīng)過薄透鏡時(shí)的變換高斯光束經(jīng)過薄透鏡時(shí)的變換n透鏡的變換運(yùn)用到高斯光束上，如以下圖所示，有以下關(guān)系n 薄透鏡假設(shè)：透鏡足夠薄至使入射高度和出射高度不變n f圖圖4-16高斯光束經(jīng)過薄透鏡的變換高斯光束經(jīng)過薄透鏡的變換SSR R00fRR111s00RRsn入射光束在鏡面處的波陣面半徑n 和有效截面半徑分別n用上頁的公式計(jì)算出出射光束的波陣面半徑和有效截面半徑n利用出射光束在鏡面處的波陣面半徑和有效截面半徑計(jì)算出其束腰半徑和束腰位置)(1 220ssR2200)(1s22220220)(1)(1 RssR22220

3、0)(1)(1RRss22020201111 () 1 ()RRfRsss圖4-17 短焦距透鏡的聚焦R4.3.2 高斯光束的聚焦高斯光束的聚焦n短焦距：即短焦距：即n在滿足條件在滿足條件 和和 的情況下，出射的光束聚焦于透的情況下，出射的光束聚焦于透鏡的焦點(diǎn)附近。如圖鏡的焦點(diǎn)附近。如圖4-17所示，所示，這與幾何光學(xué)中的平行光經(jīng)過透這與幾何光學(xué)中的平行光經(jīng)過透鏡聚焦在焦點(diǎn)上的情況類似。鏡聚焦在焦點(diǎn)上的情況類似。fR 1 )(1 )(11212222fffRRsfRffRfRfffs122)(1 211)1 (xxxfR12f圖4-17 短焦距透鏡的聚焦1. 高斯光束入射到短焦距透鏡時(shí)的聚焦情

4、形高斯光束入射到短焦距透鏡時(shí)的聚焦情形n由前面的結(jié)論可得聚焦點(diǎn)光斑尺寸：2222221022222220()() 1 () 11 ()1 ()RfRffffffff 1.高斯光束入射到短焦距透鏡時(shí)的聚焦情形高斯光束入射到短焦距透鏡時(shí)的聚焦情形n 即縮短即縮短 和加大和加大 都可以減少聚焦點(diǎn)光斑尺寸的目的。都可以減少聚焦點(diǎn)光斑尺寸的目的。n前一種方法就是要采用焦距小的透鏡前一種方法就是要采用焦距小的透鏡n 后一種方法又有兩種途徑：一種是經(jīng)過加大后一種方法又有兩種途徑：一種是經(jīng)過加大s來加大來加大；另一種方法；另一種方法就是加大入射光的發(fā)散角從而加大就是加大入射光的發(fā)散角從而加大 ，加大入射光的發(fā)

5、散角又可以，加大入射光的發(fā)散角又可以有兩種做法有兩種做法 ，如圖，如圖4-18和圖和圖4-19f0f圖4-18 用凹透鏡增大后獲得微小的0圖4-19 用兩個(gè)凸透鏡聚焦2200)(1)(zz0221.高斯光束入射到短焦距透鏡時(shí)的聚焦情形高斯光束入射到短焦距透鏡時(shí)的聚焦情形這與幾何光學(xué)中物、象的尺寸比例關(guān)系是一致的。這與幾何光學(xué)中物、象的尺寸比例關(guān)系是一致的。經(jīng)過以上的討論我們看到，不論是聚焦點(diǎn)的位置，還是求會(huì)聚經(jīng)過以上的討論我們看到，不論是聚焦點(diǎn)的位置，還是求會(huì)聚光斑的大小，都可以在一定的條件下把高斯光束按照幾何光學(xué)光斑的大小，都可以在一定的條件下把高斯光束按照幾何光學(xué)的規(guī)律來處置。的規(guī)律來處置

6、。sssffssfssfsf 1)( )(1)(1000022022000220002.入射高斯光束的腰到透鏡的間隔入射高斯光束的腰到透鏡的間隔 s等于透鏡等于透鏡焦距焦距f的情形的情形(1)(2)同理有：fssRRsffRfRRffRssRfs220022220220220)(1)(1)(1 111)(1 )(1 002222022022002200)(1)(1 )(1)(1fRffRfsfs(3) (3) 根據(jù)高斯光束的漸根據(jù)高斯光束的漸變性可以想象，只需變性可以想象，只需 和和 相差不大，高斯光相差不大，高斯光束的聚焦特性會(huì)與幾何束的聚焦特性會(huì)與幾何光學(xué)的規(guī)律迥然不同。光學(xué)的規(guī)律迥然不同

7、。sf圖(4-20) 倒裝望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)緊縮光束發(fā)散角4.3.3 高斯光束的準(zhǔn)直高斯光束的準(zhǔn)直n高斯光束的準(zhǔn)直：改善光束的方向性，緊縮光束的發(fā)散角。高斯光束的準(zhǔn)直：改善光束的方向性，緊縮光束的發(fā)散角。n 可以看出，增大出射光束的腰粗就可以減少光束的發(fā)散角?？梢钥闯觯龃蟪錾涔馐难志涂梢詼p少光束的發(fā)散角。n選用兩個(gè)透鏡，短焦距的凸透鏡和焦距較長的凸透鏡可以到達(dá)準(zhǔn)直的選用兩個(gè)透鏡，短焦距的凸透鏡和焦距較長的凸透鏡可以到達(dá)準(zhǔn)直的目的。目的。02200fsssf0000122101200201022 222MffMMffffff M是高斯光束經(jīng)過透鏡系統(tǒng)后光是高斯光束經(jīng)過透鏡系統(tǒng)后光束發(fā)散角的緊縮比。

8、束發(fā)散角的緊縮比。M是倒置望是倒置望遠(yuǎn)鏡對(duì)普通光線的傾角緊縮倍數(shù)。遠(yuǎn)鏡對(duì)普通光線的傾角緊縮倍數(shù)。由于由于f2f1，所以，所以M1。 又由又由于于0，因此有，因此有M M 10224.1 激光器輸出的選模激光器輸出的選模4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取n均勻增寬型譜線的縱模競(jìng)爭(zhēng)均勻增寬型譜線的縱模競(jìng)爭(zhēng)n(1) 當(dāng)強(qiáng)度很大的光經(jīng)過均勻增益型介質(zhì)時(shí)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分當(dāng)強(qiáng)度很大的光經(jīng)過均勻增益型介質(zhì)時(shí)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布值下降，增益系數(shù)相應(yīng)下降，但光譜的線型并不改動(dòng)。布值下降，增益系數(shù)相應(yīng)下降，但光譜的線型并不改動(dòng)。n(2) 多縱模的情況下，設(shè)有多縱模的情況下，設(shè)有q-1，q，q+1三個(gè)縱模滿足振三個(gè)

9、縱模滿足振蕩條件。隨著腔內(nèi)光強(qiáng)逐漸加強(qiáng)，蕩條件。隨著腔內(nèi)光強(qiáng)逐漸加強(qiáng)，q-1和和q+1模都被抑制模都被抑制掉，只需掉，只需q模的光強(qiáng)繼續(xù)增長，最后變?yōu)榍€模的光強(qiáng)繼續(xù)增長，最后變?yōu)榍€3的情形。的情形。n(3)假設(shè)此時(shí)的光強(qiáng)為假設(shè)此時(shí)的光強(qiáng)為Iq，那么有，那么有 ，于是，于是振蕩到達(dá)穩(wěn)定，使激光器的內(nèi)部只剩下振蕩到達(dá)穩(wěn)定，使激光器的內(nèi)部只剩下q縱?？v模的振蕩。這種景象叫做的振蕩。這種景象叫做“縱模的競(jìng)爭(zhēng)，縱模的競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果總是最接近譜線中心頻率的那競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果總是最接近譜線中心頻率的那個(gè)縱模被堅(jiān)持下來。個(gè)縱模被堅(jiān)持下來。n(4)在均勻增寬的穩(wěn)定態(tài)激光器中，當(dāng)激發(fā)比較在均勻增寬的穩(wěn)定態(tài)激光器中

10、，當(dāng)激發(fā)比較強(qiáng)時(shí)，也能夠有比較弱的其他縱模出現(xiàn)，強(qiáng)時(shí)，也能夠有比較弱的其他縱模出現(xiàn)，這種景象稱為模的這種景象稱為模的“空間競(jìng)爭(zhēng)。空間競(jìng)爭(zhēng)。閾GIGqq),(圖4-1 均勻增寬型譜線縱模競(jìng)爭(zhēng)非均勻增寬型譜線的多縱模振蕩非均勻增寬型譜線的多縱模振蕩n非均勻增寬激光器的輸出普通都具有多個(gè)縱模。非均勻增寬激光器的輸出普通都具有多個(gè)縱模。n單縱模的選取單縱模的選取n(1) 短腔法：短腔法： n兩相鄰縱模間的頻率差兩相鄰縱模間的頻率差 ，要想得到單一縱模，要想得到單一縱模的輸出，只需縮短腔長，使的輸出，只需縮短腔長，使 的寬度大于增益曲線閾值的寬度大于增益曲線閾值以上所對(duì)應(yīng)的寬度以上所對(duì)應(yīng)的寬度n缺陷：腔

11、長遭到限制，從而限制輸出功率；當(dāng)譜線熒光寬缺陷：腔長遭到限制，從而限制輸出功率；當(dāng)譜線熒光寬度很寬時(shí)，勢(shì)必使腔長縮到很短。度很寬時(shí)，勢(shì)必使腔長縮到很短。n(2) 法布里法布里-珀羅規(guī)范具法。珀羅規(guī)范具法。 n(3) 三反射鏡法。三反射鏡法。)2(Lcqq用法布里波羅規(guī)范具選縱模用法布里波羅規(guī)范具選縱模n在激光器的諧振腔內(nèi)幾乎垂直于腔軸地插入一個(gè)法布里波羅規(guī)范具，在激光器的諧振腔內(nèi)幾乎垂直于腔軸地插入一個(gè)法布里波羅規(guī)范具，可以進(jìn)展縱模的選取可以進(jìn)展縱模的選取n法布里波羅規(guī)范具用透射率很高地資料制成，兩個(gè)端面平行且鍍有法布里波羅規(guī)范具用透射率很高地資料制成，兩個(gè)端面平行且鍍有高反射率反射膜。由于多

12、光束干涉的結(jié)果，只允許假設(shè)干個(gè)很窄的頻高反射率反射膜。由于多光束干涉的結(jié)果，只允許假設(shè)干個(gè)很窄的頻率帶寬的光經(jīng)過，其透過光的頻率為率帶寬的光經(jīng)過，其透過光的頻率為n獲得最大透射率的兩相鄰獲得最大透射率的兩相鄰n 頻率間隔頻率間隔n適當(dāng)?shù)恼{(diào)整適當(dāng)?shù)恼{(diào)整 角，就可以到達(dá)選頻的目的角，就可以到達(dá)選頻的目的222sin2dmcm222sin2dcm圖(4-2) 法布里-珀羅規(guī)范具法表示圖三反射鏡法選縱模三反射鏡法選縱模n激光器一端的反射鏡被三塊反射鏡的組合所替代，其中激光器一端的反射鏡被三塊反射鏡的組合所替代，其中M3和和M4為全為全反射鏡，反射鏡，M2是具有適當(dāng)透射率的部分透射部分反射鏡是具有適當(dāng)透

13、射率的部分透射部分反射鏡n這相當(dāng)于兩個(gè)諧振腔的耦合，一個(gè)是由這相當(dāng)于兩個(gè)諧振腔的耦合，一個(gè)是由M1、M3組成，其腔長為組成，其腔長為L1+L2；另一個(gè)由；另一個(gè)由M3、M4組成，其腔長為組成，其腔長為L2+L3，n兩個(gè)諧振腔的縱模頻率間隔分別為：兩個(gè)諧振腔的縱模頻率間隔分別為： c/2(L1+L2)和和c/2(L2+L3)n只需同時(shí)滿足兩個(gè)諧振條件的光才干構(gòu)成振蕩，故只需只需同時(shí)滿足兩個(gè)諧振條件的光才干構(gòu)成振蕩，故只需L2+L3足夠小足夠小就可以獲得單縱模輸出就可以獲得單縱模輸出圖4-3 三反射鏡法圖圖4-4 腔的衍射損耗腔的衍射損耗4.1.2 激光單橫模的選取激光單橫模的選取 n衍射損耗和菲

14、涅耳數(shù)衍射損耗和菲涅耳數(shù)n(1) 由于衍射效應(yīng)構(gòu)成的光能量損失稱為衍射損耗。由于衍射效應(yīng)構(gòu)成的光能量損失稱為衍射損耗。 n(2) 如圖如圖4-4所示的球面共焦腔，鏡面上的基所示的球面共焦腔，鏡面上的基橫模高斯光束光強(qiáng)分布可以表示為橫模高斯光束光強(qiáng)分布可以表示為n(3) 單程衍射損耗為射到鏡面外而損耗掉的光功率單程衍射損耗為射到鏡面外而損耗掉的光功率與射向鏡與射向鏡面的總光功率面的總光功率之比之比n(4) 分析衍射損耗時(shí)為了方便，經(jīng)常引入一個(gè)所謂分析衍射損耗時(shí)為了方便，經(jīng)常引入一個(gè)所謂“菲涅爾數(shù)菲涅爾數(shù)的參量，它定義為的參量，它定義為)2exp()(2120 II2122expaD2102021

15、2002)2exp(2)(IdIdI)2exp(22)(212210aIdIaNLLaND2exp12衍射損耗曲線衍射損耗曲線n衍射損耗與菲涅耳數(shù)衍射損耗與菲涅耳數(shù)N的關(guān)系普通是比較復(fù)雜的，往往寫不出的關(guān)系普通是比較復(fù)雜的，往往寫不出解析的表達(dá)式而需求用計(jì)算機(jī)進(jìn)展數(shù)字計(jì)算。因此，通常都解析的表達(dá)式而需求用計(jì)算機(jī)進(jìn)展數(shù)字計(jì)算。因此，通常都是將計(jì)數(shù)結(jié)果畫成曲線，這就是所謂的衍射損耗曲線是將計(jì)數(shù)結(jié)果畫成曲線，這就是所謂的衍射損耗曲線n圖示為圓截面共焦腔和圓截面平行平面腔的圖示為圓截面共焦腔和圓截面平行平面腔的 曲線曲線ND圖4-5 不同腔的衍射損耗曲線高階橫模的抑制高階橫模的抑制n抑制高階橫模需求兩

16、方面的條件：一方面是要求基橫模光束的抑制高階橫模需求兩方面的條件：一方面是要求基橫模光束的衍射損耗小，使得基橫模不僅滿足振蕩的閾值條件，而且有較衍射損耗小，使得基橫模不僅滿足振蕩的閾值條件，而且有較大的功率輸出；另一方面是要求高階橫模的衍射損耗足夠大。大的功率輸出；另一方面是要求高階橫模的衍射損耗足夠大。下面引見兩種常用的抑制高階橫模的方法。下面引見兩種常用的抑制高階橫模的方法。n光闌法選取單橫模：高階橫模的光束截面比基橫模大，故減小光闌法選取單橫模：高階橫模的光束截面比基橫模大，故減小增益介質(zhì)的有效孔徑增益介質(zhì)的有效孔徑a，從而減小菲涅耳數(shù)，從而減小菲涅耳數(shù)N，就可以大大添加，就可以大大添加

17、高階橫模的衍射損耗，以致將它們完全抑制掉。最簡(jiǎn)單的方法高階橫模的衍射損耗，以致將它們完全抑制掉。最簡(jiǎn)單的方法就是在腔內(nèi)接近反射鏡的地方放置一個(gè)光闌用于增益較低的就是在腔內(nèi)接近反射鏡的地方放置一個(gè)光闌用于增益較低的氣體激光器。氣體激光器。n聚焦光闌法和腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法選橫模。聚焦光闌法和腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法選橫模。聚焦光闌法和腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法選橫模聚焦光闌法和腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法選橫模n聚焦光闌法：如圖聚焦光闌法：如圖4-6所示，在腔內(nèi)插入一組透鏡組，使所示，在腔內(nèi)插入一組透鏡組，使光束在腔內(nèi)傳播時(shí)盡量閱歷較大的空間，以提高輸出功率。光束在腔內(nèi)傳播時(shí)盡量閱歷較大的空間，以提高輸出功率。n腔內(nèi)加望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的選橫模方法，其

18、構(gòu)造如圖腔內(nèi)加望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的選橫模方法，其構(gòu)造如圖4-7所示。所示。 圖4-6 聚焦光闌法圖4-7 腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法4.2 激光器的穩(wěn)頻激光器的穩(wěn)頻4.2.1頻率的穩(wěn)定性頻率的穩(wěn)定性n穩(wěn)定度：指激光器在一次延續(xù)任務(wù)穩(wěn)定度：指激光器在一次延續(xù)任務(wù)時(shí)間內(nèi)的頻率漂移與振蕩頻率之比時(shí)間內(nèi)的頻率漂移與振蕩頻率之比n復(fù)現(xiàn)性：激光器在不同地點(diǎn)、時(shí)間、復(fù)現(xiàn)性：激光器在不同地點(diǎn)、時(shí)間、環(huán)境下運(yùn)用時(shí)頻率的相對(duì)變化量環(huán)境下運(yùn)用時(shí)頻率的相對(duì)變化量n對(duì)共焦腔的對(duì)共焦腔的TEM00模來說，諧振頻率的公式可以簡(jiǎn)化為：模來說，諧振頻率的公式可以簡(jiǎn)化為：n當(dāng)當(dāng)L的變化為的變化為L，的變化為的變化為時(shí)，引起的頻率相對(duì)變化為：時(shí)，引起的

19、頻率相對(duì)變化為：n普通希望穩(wěn)定度和復(fù)現(xiàn)度都在普通希望穩(wěn)定度和復(fù)現(xiàn)度都在10-8以上。目前穩(wěn)定度普通在以上。目前穩(wěn)定度普通在10-9左右，較高的可達(dá)左右，較高的可達(dá)10-1110-13；復(fù)現(xiàn)度普通在；復(fù)現(xiàn)度普通在10-7左右，高左右，高的可達(dá)的可達(dá)10-1010-12。Lcq2)(LLSR影響頻率穩(wěn)定的要素影響頻率穩(wěn)定的要素n腔長變化的影響腔長變化的影響n溫度變化：普通選用熱膨脹系數(shù)小的資料做為諧振腔溫度變化：普通選用熱膨脹系數(shù)小的資料做為諧振腔n機(jī)械振動(dòng)：采取減震措施機(jī)械振動(dòng)：采取減震措施n折射率變化的影響折射率變化的影響n內(nèi)腔激光器內(nèi)腔激光器: 溫度溫度T、氣壓、氣壓P、濕度、濕度h的變化很

20、小，可以忽略的變化很小，可以忽略n外腔和半內(nèi)腔激光器外腔和半內(nèi)腔激光器: 腔的一部分處于大氣之中，溫度腔的一部分處于大氣之中，溫度T、氣壓氣壓P、濕度、濕度h的變化較放電管內(nèi)顯著。應(yīng)盡量減小暴露于的變化較放電管內(nèi)顯著。應(yīng)盡量減小暴露于大氣的部分，同時(shí)還要屏蔽通風(fēng)以減小大氣的部分，同時(shí)還要屏蔽通風(fēng)以減小T 、 P、 h的脈動(dòng)的脈動(dòng)4.2.2 穩(wěn)頻方法概述穩(wěn)頻方法概述n被動(dòng)式穩(wěn)頻被動(dòng)式穩(wěn)頻: :n 利用熱膨脹系數(shù)低的資料制做諧振腔的間隔器；或用膨利用熱膨脹系數(shù)低的資料制做諧振腔的間隔器；或用膨脹系數(shù)為負(fù)值的資料和膨脹系數(shù)為正值的資料按一定長度脹系數(shù)為負(fù)值的資料和膨脹系數(shù)為正值的資料按一定長度配合，

21、以便熱膨脹相互抵消，這種方法普通用于工程上穩(wěn)配合，以便熱膨脹相互抵消，這種方法普通用于工程上穩(wěn)頻精度要求不高的情況頻精度要求不高的情況n自動(dòng)式穩(wěn)頻：自動(dòng)式穩(wěn)頻：n 把單頻激光器的頻率與某個(gè)穩(wěn)定的參考頻率相比較，當(dāng)把單頻激光器的頻率與某個(gè)穩(wěn)定的參考頻率相比較，當(dāng)振蕩頻率偏離參考頻率時(shí)，鑒別器就產(chǎn)生一個(gè)正比于偏離振蕩頻率偏離參考頻率時(shí)，鑒別器就產(chǎn)生一個(gè)正比于偏離量的誤差信號(hào)。量的誤差信號(hào)。n把激光器中原子躍遷的中心頻率做為參考頻率，把激光頻把激光器中原子躍遷的中心頻率做為參考頻率，把激光頻率鎖定到躍遷的中心頻率上，如蘭姆凹陷法。率鎖定到躍遷的中心頻率上，如蘭姆凹陷法。n把振蕩頻率鎖定在外界的參考頻

22、率上，例如用分子或原子把振蕩頻率鎖定在外界的參考頻率上，例如用分子或原子的吸收線作為參考頻率，選取的吸收物質(zhì)的吸收頻率必需的吸收線作為參考頻率，選取的吸收物質(zhì)的吸收頻率必需與激光頻率相重合。如飽和吸收法。與激光頻率相重合。如飽和吸收法。He-Ne 激光器發(fā)明兩年后，1962年，蘭姆位移的發(fā)現(xiàn)者，諾貝爾物理獎(jiǎng)得主小W.E.蘭姆教授正在耶魯大學(xué)對(duì)氦氖激光器作實(shí)際分析。他的目的是要根據(jù)原子在電磁場(chǎng)作用下振蕩的經(jīng)典模型，計(jì)算激光強(qiáng)度隨空腔參數(shù)改動(dòng)的關(guān)系。他原來估計(jì)，空腔原子有一定的自然躍遷頻率，當(dāng)空腔頻率與原子躍遷頻率一致時(shí)，會(huì)由于諧振而使激光強(qiáng)度達(dá)最高值?？墒浅龊跛念A(yù)料，計(jì)算所得的曲線卻在諧振處呈

23、現(xiàn)極小值，構(gòu)成一凹陷。他花了許多時(shí)間反復(fù)核算，沒有找出錯(cuò)誤，一定計(jì)算是正確的。當(dāng)時(shí)，蘭姆并不知道這就是由于飽和和多普勒頻寬引起燒孔效應(yīng)的后果不久就清楚了，但是他敏感地預(yù)見到，這一凹陷有助于頻率的穩(wěn)定，由于他在實(shí)際計(jì)算中參考了二十年代電子學(xué)家范德泡爾van der Pol關(guān)于多頻振蕩器的實(shí)際，這一實(shí)際證明只需滿足一定條件就可以出現(xiàn)頻率鎖定景象。 蘭姆作出實(shí)際預(yù)測(cè)后，并沒有馬上發(fā)表，而是將手稿寄給激光器的另外兩位先驅(qū)，賈萬和本勒特Bennett，請(qǐng)他們發(fā)表意見。賈萬回信說，他雖然沒有察看到這個(gè)景象，但置信會(huì)有，由于他曾察看到與之有關(guān)的推頻效應(yīng)。本勒特那么把本人的實(shí)驗(yàn)記錄寄給蘭姆，他在激光輸出隨調(diào)諧

24、頻率變化的曲線中沒有找到凹陷信號(hào)，表示對(duì)此沒有自信心。他所在的貝爾實(shí)驗(yàn)室有一位同事叫R.A.麥克發(fā)倫R.A.McFarlane，得知后對(duì)這個(gè)問題產(chǎn)生了興趣，自動(dòng)承當(dāng)起實(shí)驗(yàn)研討的任務(wù)。他用磁致伸縮方法使氦氖激光器的光學(xué)腔改動(dòng)長度，從而調(diào)整諧振頻率，開場(chǎng)時(shí)，他的激光管中用的是自然豐度的氣體氖的成分為20Ne，90.92；21Ne，0.26；22Ne，8.82，在諧振曲線上也沒有察看到凹陷，但他留意到曲線有些不對(duì)稱，似乎是兩種頻率疊加而成的。他認(rèn)識(shí)到這能夠是氖的同位素效應(yīng)，于是在賈萬的協(xié)助 下，做了22Ne純度達(dá)99.5的氦氖激光器，果然，在中心頻率附近出現(xiàn)了微淺的凹陷信號(hào)。功率加大后，凹陷隨之變深

25、，構(gòu)成明顯的鴕峰曲線。于是，麥克發(fā)倫、本勒特和蘭姆三人聯(lián)名于1963年發(fā)表了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，正式宣布蘭姆凹陷的存在。與此同時(shí)，賈萬也發(fā)表了類似報(bào)告。從此，單模穩(wěn)頻氦氖激光器登上了精細(xì)計(jì)量任務(wù)的舞臺(tái)，在長度和頻率的計(jì)量中發(fā)揚(yáng)了重要作用，并且開辟了激光穩(wěn)頻的寬廣領(lǐng)域。 4.2.3 蘭姆凹陷法穩(wěn)頻蘭姆凹陷法穩(wěn)頻n 蘭姆凹陷的中心頻率即為譜線的中心頻率 ，在其附近頻率的微小變化將會(huì)引起輸出功率的顯著變化。圖4-8 蘭姆凹陷法穩(wěn)頻激光器的根本構(gòu)造壓電陶瓷加不斷流電壓：使初始頻率為壓電陶瓷加不斷流電壓：使初始頻率為壓電陶瓷上還需加一頻率為壓電陶瓷上還需加一頻率為f( f(約為約為lkHz)lkHz)、幅度很小、

26、幅度很小( (只需零點(diǎn)幾只需零點(diǎn)幾伏伏) )的交流訊號(hào)，此訊號(hào)稱為的交流訊號(hào)，此訊號(hào)稱為“搜索訊號(hào)搜索訊號(hào)00蘭姆凹陷法穩(wěn)頻蘭姆凹陷法穩(wěn)頻n圖圖4-10為穩(wěn)頻原理表示圖。為穩(wěn)頻原理表示圖。圖4-10 穩(wěn)頻原理假設(shè)由于某種緣由假設(shè)由于某種緣由( (例如溫度升高例如溫度升高) )使使L L伸長，引伸長，引起激光頻率由起激光頻率由 偏至偏至 ， 與與 的位相正好相反的位相正好相反 0AP假設(shè)由于某種緣由假設(shè)由于某種緣由( (例如溫度降低例如溫度降低) )使使L L縮縮短，引起激光頻率由短，引起激光頻率由 偏至偏至 ， 與與 的位的位相正好一樣相正好一樣 0BP在中心頻率附近在中心頻率附近0 ，不論是，不論是小于小于0還是大于還是