激光原理第四章

1、放大技術(shù)傳輸技術(shù)頻率變換產(chǎn)生技術(shù)激光技術(shù)分類：選模技術(shù)應(yīng)用技術(shù)產(chǎn)生技術(shù)調(diào)Q技術(shù)選頻技術(shù)調(diào)制技術(shù)激光技術(shù)測(cè)量技術(shù)鎖模技術(shù)4.1 激光器輸出的選模4.2 激光器的穩(wěn)頻4.3 激光束的變換4.4 激光調(diào)制技術(shù)4.5 激光偏轉(zhuǎn)技術(shù)4.6 激光調(diào)Q技術(shù)第四章 激光的基本技術(shù)4.7 激光鎖模技術(shù)本章目標(biāo)本章目標(biāo)：掌握激光實(shí)用的幾種基本技術(shù)：選模技術(shù)（單：掌握激光實(shí)用的幾種基本技術(shù)：選模技術(shù)（單縱模與單橫模的選?。?，穩(wěn)頻技術(shù)（蘭姆凹陷穩(wěn)頻和飽和縱模與單橫模的選取），穩(wěn)頻技術(shù)（蘭姆凹陷穩(wěn)頻和飽和吸收穩(wěn)頻），激光光束變換技術(shù)，調(diào)制、偏轉(zhuǎn)、調(diào)吸收穩(wěn)頻），激光光束變換技術(shù)，調(diào)制、偏轉(zhuǎn)、調(diào)QQ和鎖和鎖模技術(shù)。模技術(shù)。

2、 本章任務(wù)本章任務(wù)：掌握激光實(shí)用的幾種基本技術(shù)原理，會(huì)根：掌握激光實(shí)用的幾種基本技術(shù)原理，會(huì)根據(jù)實(shí)際需要，選取合適激光技術(shù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目（任務(wù)）要據(jù)實(shí)際需要，選取合適激光技術(shù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目（任務(wù)）要求，會(huì)利用選模、光束變換等公式進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算。求，會(huì)利用選模、光束變換等公式進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算。第四章 激光的基本技術(shù) 4.1 激光器輸出的選模4.1.2 激光單橫模的選取4.1.1 激光單縱模的選取 本節(jié)目標(biāo)本節(jié)目標(biāo)：掌握激光選模技術(shù)：?jiǎn)慰v模與單橫模的典：掌握激光選模技術(shù)：?jiǎn)慰v模與單橫模的典型選取方法。型選取方法。 本節(jié)任務(wù)本節(jié)任務(wù)：會(huì)解釋均勻加寬型介質(zhì)譜線的縱模競(jìng)爭(zhēng)，：會(huì)解釋均勻加寬型介質(zhì)譜線的縱模競(jìng)爭(zhēng)，會(huì)解釋均勻

3、加寬型介質(zhì)譜線的實(shí)際情形；非均勻加寬會(huì)解釋均勻加寬型介質(zhì)譜線的實(shí)際情形；非均勻加寬型介質(zhì)輸出模式特點(diǎn)；會(huì)根據(jù)實(shí)際需要選取單縱模與型介質(zhì)輸出模式特點(diǎn)；會(huì)根據(jù)實(shí)際需要選取單縱模與單橫模的選取方法。單橫模的選取方法。 4.1 激光器輸出的選模4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 1. 1. 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)(1) 當(dāng)強(qiáng)度很大的光通過均勻增寬型介質(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變。閾GIGqq),(2) 多縱模的情況下，如圖4-1所示，設(shè)有q-1，q，q+1三個(gè)縱模滿足振蕩條件。隨著腔內(nèi)光強(qiáng)逐步增強(qiáng)，q-1和q+1模都被

4、抑制掉，只有q模的光強(qiáng)繼續(xù)增長(zhǎng)，最后變?yōu)榍€3的情形。圖4-1 均勻增寬型譜線縱模競(jìng)爭(zhēng) 4.1 激光器輸出的選模4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 1. 1. 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)閾GIGqq),(圖4-1 均勻增寬型譜線縱模競(jìng)爭(zhēng)(3)若此時(shí)的光強(qiáng)為Iq，則有 ，于是振蕩達(dá)到穩(wěn)定，使激光器的內(nèi)部只剩下q縱模的振蕩。這種現(xiàn)象叫做“縱模的競(jìng)爭(zhēng)”，競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果總是最靠近譜線中心頻率的那個(gè)縱模被保持下來。(4)在均勻增寬的穩(wěn)定態(tài)激光器中，當(dāng)激發(fā)比較強(qiáng)時(shí)，也可能有比較弱的其他縱模？4.1 激光器輸出的選模4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的

5、選取 2. 2. 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 非均勻增寬激光器的輸出一般都具有多個(gè)縱模。 4.1 激光器輸出的選模 非均勻增寬激光器 的“燒孔效應(yīng)”q 0 激光振蕩的縱模數(shù)因此，利用不同縱模之間的增益差異，在腔內(nèi)引入一定的選擇性損耗，使欲選的中心頻率處縱模損耗最小，而其余縱模的附加損耗較大，只有中心頻率附近的少數(shù)增益大的縱模建立起振蕩。最終形成并得到放大的是增益最大的中心頻率附近所對(duì)應(yīng)的單縱模。激光器中某一個(gè)縱模能否起振和維持振蕩主要取決于這一個(gè)縱模的增益與損耗值的相對(duì)大小。對(duì)于同一個(gè)橫模的不同縱模而言，其損耗是相同的，但是不同縱模間卻存在著增益差異基本思想：4.

6、1 激光器輸出的選模4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 3. 3. 單縱模的選取單縱模的選取如果激光工作物質(zhì)具有發(fā)射多條不同波長(zhǎng)的激光譜線，那么，在縱模選擇之前，必須將頻率進(jìn)行粗選, 將不需要的譜線抑制掉。1）、色散腔粗選頻率He-Ne laser: 632.8nm, 1.15 , 3.39 He-Ne激光器所能產(chǎn)生的激光譜線例如, He-Ne激光器，可發(fā)射 623.8 nm，1150 nm，3390 nm三條譜線：4.1 激光器輸出的選模4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 3. 3. 單縱模的選取單縱模的選取1）、色散腔粗選頻率 通常是利用腔鏡反射

7、膜的光譜特性(只對(duì)某個(gè)波段反射率大)或在腔內(nèi)插入棱鏡或光柵等色散元件，將工作物質(zhì)發(fā)出的不同波長(zhǎng)的光束在空間分離，然后設(shè)法僅使較窄波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的光束在腔內(nèi)形成振蕩。色散棱鏡的粗選裝置圖右圖是腔內(nèi)插入色散棱鏡的粗選裝置圖:諧振腔所能選擇振蕩的最小波長(zhǎng)范圍由棱鏡的角色散和腔內(nèi)振蕩光束的發(fā)散角決定。4.1 激光器輸出的選模4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 3. 3. 單縱模的選取單縱模的選取1）、色散腔粗選頻率光柵色散腔粗選裝置圖設(shè)d為光柵柵距(光柵常數(shù))，1為光線在光柵上的入射角，2為光線在光柵上的反射角，則形成光柵衍射主極大值的條件是：式中，m1,2為衍射級(jí)次。maad)si

8、n(sin21另一種色散腔是用一個(gè)反射光柵代替諧振腔的一個(gè)反射鏡4.1 激光器輸出的選模4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 3. 3. 單縱模的選取單縱模的選取 色散腔法雖然能從較寬范圍的譜線中選出較窄的振蕩譜線，實(shí)現(xiàn)了單條熒光譜線的振蕩；但這還只是較粗略的選擇， 在該條譜線的熒光線寬范圍內(nèi)，還存在著頻率間隔為 的一系列分立的振蕩頻率，即多個(gè)縱模，如何進(jìn)一步從單條譜線中選出單一的縱模，就要采取如下的一些方法。 nLc2He-Ne laser: 632.8nm, 1.15 , 3.391）、色散腔粗選頻率4.1 激光器輸出的選模4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單

9、縱模的選取 3. 3. 單縱模的選取單縱模的選取4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 3. 3. 單縱模的選取單縱模的選取2) 短腔法： 兩相鄰縱模間的頻率差 ，要想得到單一縱模的輸出，只要縮短腔長(zhǎng)，使 的寬度大于增益曲線閾值以上所對(duì)應(yīng)的寬度)2(Lcqq缺點(diǎn) ：激勵(lì)介質(zhì)長(zhǎng)度受限，輸出功率甚至輸出激光受限。4.1 激光器輸出的選模 腔中允許的縱模數(shù)腔中允許的縱模數(shù)如He-Ne激光器，當(dāng)L=1m時(shí)，其縱模間隔=150MHz (設(shè)n=1)。因0 = 1500 MHz,若要求單縱模振蕩就要求L=0.1m以下。故短腔法只適用于增益線寬較窄的激光器。由于腔長(zhǎng)縮短，激光輸出功率必然受到

10、限制。因此在大功率單縱模輸出的場(chǎng)合，此法不適用。4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 3. 3. 單縱模的選取單縱模的選取2) 短腔法： 4.1 激光器輸出的選模3) 法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具法： 如圖4-2所示，在外腔激光器的諧振腔內(nèi)，沿幾乎垂直于腔軸方向插入一個(gè)法布里珀羅標(biāo)準(zhǔn)具 法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具法示意圖由于多光束干涉的結(jié)果，對(duì)于滿足下列條件的光具有極高的透射率222sin2dmcm能獲得最大透射率的兩個(gè)相鄰的頻率間隔為 222sin2dcm3. 3. 單縱模的選取單縱模的選取4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 4.1 激光器輸出的選模)2(Lcq F-

11、P標(biāo)準(zhǔn)具選縱模的優(yōu)點(diǎn)在于標(biāo)準(zhǔn)具平行平面板間的厚度可以做得很薄，由于腔長(zhǎng)沒有縮短，輸出功率仍可很大。3) 法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具法： 3. 3. 單縱模的選取單縱模的選取4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 4.1 激光器輸出的選模4) 三反射鏡法： 激光器一端的反射鏡被三塊反射鏡的組合所代替，其中M3和M4為全反射鏡，M2是具有適當(dāng)透射率的部分透射部分反射鏡。這個(gè)組合相當(dāng)于兩個(gè)諧振腔的耦合,如圖4-3所示圖4-3 三反射鏡法兩個(gè)諧振腔的縱模頻率間隔分別為：c/2(L1+L2)和c/2(L2+L3)4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 4.1 激光器輸出的選模

12、=c/2(l1+l2)適當(dāng)選擇l2及l(fā)3，可以使復(fù)合腔的頻率間隔足夠大，即兩相鄰縱模間隔足夠大，與增益線寬相比擬時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。 4) 三反射鏡法： 4.1.1 4.1.1 激光單縱模的選取激光單縱模的選取 4.1 激光器輸出的選模三反射鏡法i 1j2=c/2(l2+l3)橫模選擇原理一類是改變諧振腔的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以獲得各模衍射損耗的較大差別，提高諧振腔的選模性能另一類是在一定的諧振腔內(nèi)插入附加腔內(nèi)插入附加的選模元件的選模元件來提高選模性能諧振腔參數(shù)g、N選擇法非穩(wěn)腔選模微調(diào)諧振腔第一類小孔光闌選模法、望遠(yuǎn)系統(tǒng)選模法第二類4.1.2 激光單橫模的選取 4.1 激光器輸出的選模4.1.2

13、激光單橫模的選取 1. 衍射損耗和菲涅耳數(shù)(1) 由于衍射效應(yīng)形成的光能量損失稱為衍射損耗。 (2)如圖4-4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 )2exp()(2120 II(3)單程衍射損耗為射到鏡面外而損耗掉的光功率 與射向鏡面的總光功率 之比21020212002)2exp(2)(IdIdI圖4-4 腔的衍射損耗4.1 激光器輸出的選模2122expaD(4)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)”的參量，它定義為 )2exp(22)(212210aIdIaNLLaND2exp124.1.2 激光單橫模的選取 1. 衍射損耗和菲涅耳數(shù)4.1 激光器輸

14、出的選模腔的衍射損耗21020212002)2exp(2)(IdIdI(3)單程衍射損耗為射到鏡面外而損耗掉的光功率 與射向鏡面的總光功率 之比2. 衍射損耗曲線 圖4-5給出了圓截面共焦腔和圓截面平行平面腔的衍射損耗菲涅爾數(shù)曲線。 不同腔的衍射損耗曲線3.光闌法選取單橫模 基本做法是在諧振腔內(nèi)插入一個(gè)適當(dāng)大小的小孔光闌。 4.1.2 激光單橫模的選取 4.1 激光器輸出的選模4.聚焦光闌法和腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法選橫模 (1)聚焦光闌法：如圖4-6所示，在腔內(nèi)插入一組透鏡組，使光束在腔內(nèi)傳播時(shí)盡量經(jīng)歷較大的空間，以提高輸出功率。 (2)腔內(nèi)加望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的選橫模方法，其結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。 圖4-6 聚

15、焦光闌法圖4-7 腔內(nèi)望遠(yuǎn)鏡法4.1.2 激光單橫模的選取 4.1 激光器輸出的選模P78 三點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 4.1 激光器輸出的選模4.1.2 激光單橫模的選取4.1.1 激光單縱模的選取4.2 激光器的穩(wěn)頻影響頻率穩(wěn)定的因素影響頻率穩(wěn)定的因素穩(wěn)頻方法概述穩(wěn)頻方法概述蘭姆凹陷法穩(wěn)頻蘭姆凹陷法穩(wěn)頻飽和吸收法穩(wěn)頻飽和吸收法穩(wěn)頻 本節(jié)目標(biāo)本節(jié)目標(biāo)：掌握激光穩(wěn)頻技術(shù)：?jiǎn)慰v模與單橫模的典：掌握激光穩(wěn)頻技術(shù)：?jiǎn)慰v模與單橫模的典型選取方法。型選取方法。 本節(jié)任務(wù)本節(jié)任務(wù)：會(huì)解釋均勻加寬型介質(zhì)譜線的縱模競(jìng)爭(zhēng)，：會(huì)解釋均勻加寬型介質(zhì)譜線的縱模競(jìng)爭(zhēng)，會(huì)解釋均勻加寬型介質(zhì)譜線的實(shí)際情形；非均勻加寬會(huì)解釋均勻加寬型介質(zhì)譜線

16、的實(shí)際情形；非均勻加寬型介質(zhì)輸出模式特點(diǎn)；會(huì)根據(jù)實(shí)際需要選取單縱模與型介質(zhì)輸出模式特點(diǎn)；會(huì)根據(jù)實(shí)際需要選取單縱模與單橫模的選取方法。單橫模的選取方法。 4.2 激光器的穩(wěn)頻4.2.1 4.2.1 影響頻率穩(wěn)定的因素影響頻率穩(wěn)定的因素對(duì)共焦腔的TEM00模來說，諧振頻率的公式為：Lcq2當(dāng)L的變化為L(zhǎng)，的變化為時(shí)，引起的頻率相對(duì)變化為：)(LL穩(wěn)定度是指激光器在一次連續(xù)工作時(shí)間內(nèi)的頻率漂移與振蕩頻率之比 S復(fù)現(xiàn)度是激光器在不同地點(diǎn)、時(shí)間、環(huán)境下使用時(shí)頻率的相對(duì)變化量 R4.2 激光器的穩(wěn)頻頻率穩(wěn)定性1. 1. 腔長(zhǎng)變化的影響腔長(zhǎng)變化的影響(1) 溫度變化：一般選用熱膨脹系數(shù)小的材料做為諧振腔的的

17、支架(2) 機(jī)械振動(dòng)：采取減震措施2. 2. 折射率變化的影響折射率變化的影響(1)內(nèi)腔激光器: 溫度T、氣壓P、濕度h的變化很小，可以忽略(2)外腔和半內(nèi)腔激光器: 腔的一部分處于大氣之中，溫度T、氣壓P、濕度h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T 、 P、 h的脈動(dòng)。4.2.1 4.2.1 影響頻率穩(wěn)定的因素影響頻率穩(wěn)定的因素4.2 激光器的穩(wěn)頻)(LL4.2.2 4.2.2 穩(wěn)頻方法概述穩(wěn)頻方法概述1. 被動(dòng)式穩(wěn)頻利用熱膨脹系數(shù)低的材料制做諧振腔的間隔器；或用膨脹系數(shù)為負(fù)值的材料和膨脹系數(shù)為正值的材料按一定長(zhǎng)度配合4.2 激光器的穩(wěn)頻使熱膨脹相互抵消

18、局限性：一般用于工程上對(duì)穩(wěn)頻精度要求不高場(chǎng)合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)正比于偏離量的誤差信號(hào)。2.主動(dòng)式穩(wěn)頻(1) 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。(2) 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)的吸收頻率必須與激光頻率相重合。4.2.2 4.2.2 穩(wěn)頻方法概述穩(wěn)頻方法概述4.2 激光器的穩(wěn)頻3、頻率穩(wěn)定特性(主動(dòng))一是頻率穩(wěn)定性（與參考頻率相比較）一是頻率復(fù)現(xiàn)性（參考頻率自身變化）表示在某一測(cè)量時(shí)間間隔頻率的漂移量與頻率的平均值之比sss表

19、示在某一測(cè)量時(shí)間間隔參考頻率的相對(duì)漂移量4.2.2 4.2.2 穩(wěn)頻方法概述穩(wěn)頻方法概述4.2 激光器的穩(wěn)頻4、對(duì)參考標(biāo)準(zhǔn)譜線的要求(3)有足夠的信噪比。(4)譜線頻率要與受控激光器頻率匹配，即參考譜線的頻率應(yīng)落在受控激光器增益曲線的峰值附近。 (1)譜線中心頻率的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性要好。(2)線寬要窄，主要就設(shè)法消除多普勒加寬、碰撞加寬等。4.2.2 4.2.2 穩(wěn)頻方法概述穩(wěn)頻方法概述4.2 激光器的穩(wěn)頻 蘭姆凹陷穩(wěn)頻裝置比較簡(jiǎn)單，是應(yīng)用較早的一種氣體激光穩(wěn)頻方法，其頻率穩(wěn)定度為10-9量級(jí)，主要缺點(diǎn)是復(fù)現(xiàn)性差，原因是有約150kHz/Pa的壓力頻移。(a)增益曲線的燒孔效應(yīng)和(b)蘭姆凹陷4

20、.2.3 蘭姆凹陷穩(wěn)頻4.2 激光器的穩(wěn)頻 蘭姆凹陷穩(wěn)頻法是以增益曲線中心頻率 0作為參考標(biāo)準(zhǔn)頻率，通過電子伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷環(huán)來控制激光器腔長(zhǎng)的，它可使頻率穩(wěn)定于0處。激光管是采用熱膨脹系數(shù)很小的石英做成外腔式結(jié)構(gòu)，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；陶瓷環(huán)的長(zhǎng)度約為幾厘米，環(huán)的內(nèi)外表面接有兩個(gè)電極，加有頻率為f的調(diào)制電壓，當(dāng)外表面為正電壓, 內(nèi)表面為負(fù)電壓時(shí)陶瓷環(huán)伸長(zhǎng), 反之則縮短。改變陶瓷環(huán)上的電壓即可調(diào)整諧振腔的長(zhǎng)度，以補(bǔ)償外界因素所造成的腔長(zhǎng)變化。光電接收器一般采用硅光電三極管，它能將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號(hào)。4.2.3 蘭姆凹陷穩(wěn)頻4.2 激光器的穩(wěn)頻4.

21、2.3 蘭姆凹陷穩(wěn)頻4.2 激光器的穩(wěn)頻 選頻放大器只是對(duì)某一特定頻率 f 信號(hào)進(jìn)行有選擇性的放大與輸出。相敏檢波器的作用是將選頻放大后的信號(hào)電壓與參考信號(hào)電壓進(jìn)行相位比較。當(dāng)選頻放大信號(hào)為零時(shí)，相敏輸出為零；當(dāng)選頻放大信號(hào)和參考信號(hào)同相位時(shí)，相敏輸出的直流電壓為正，反之則為負(fù)。音頻振蕩器除供給相敏檢波器以參考信號(hào)電壓外，還給出一個(gè)頻率為 f 的正弦調(diào)制信號(hào)加到壓電陶瓷環(huán)上對(duì)腔長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)制。4.2.3 蘭姆凹陷穩(wěn)頻4.2 激光器的穩(wěn)頻激光輸出功率頻率曲線輸出一負(fù)直流電壓饋送到壓電陶輸出一負(fù)直流電壓饋送到壓電陶瓷上，這電壓使壓電陶瓷環(huán)縮短，瓷上，這電壓使壓電陶瓷環(huán)縮短，從而使腔長(zhǎng)伸長(zhǎng)，于是激光振蕩

22、從而使腔長(zhǎng)伸長(zhǎng)，于是激光振蕩頻率又回到頻率又回到0 0處。處。nLcq2原理：在壓電陶瓷上加有兩種電壓穩(wěn)頻過程：4.2.3 蘭姆凹陷穩(wěn)頻4.2 激光器的穩(wěn)頻在壓電陶瓷上加有兩種電壓，一個(gè)是直流電(0300V)，用來控制激光工作頻率的；另一個(gè)是頻率為f(如1kHz)的調(diào)制電壓，用來對(duì)腔長(zhǎng)L即激光振蕩頻率進(jìn)行調(diào)制, 從而使激光功率P也受到相應(yīng)的調(diào)制。如果激光振蕩頻率剛好與譜線的中心頻率重合(即 =0), 則調(diào)制電壓使振蕩頻率在0附近以頻率f變化(圖中的C點(diǎn)處)，因而激光輸出功率將以2f的頻率周期性變化(C點(diǎn)附近)。由于選頻放大器工作在特定的頻率f處, 所以它不能通過選頻放大器，伺服系統(tǒng)無輸出信號(hào)送

23、至壓電陶瓷上，激光器繼續(xù)工作于0處。如果激光器受到外界的擾動(dòng)，使激光振蕩頻率偏離0 ，例如 0(圖中B點(diǎn)外)，則激光功率將按頻率f變化(如圖中的fB)，4.2.3 蘭姆凹陷穩(wěn)頻4.2 激光器的穩(wěn)頻 其變化幅度p即為鑒別器的誤差信號(hào)，它的相位與調(diào)制信號(hào)電壓相同；此光信號(hào)被光電接收器變換成相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)過選頻放大后送入相敏檢波器，與從音頻振蕩器輸入的頻率為f的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相位比較得到一個(gè)直流電壓，此電壓的大小與誤差信號(hào)成正比，它的正負(fù)取決于誤差信號(hào)與調(diào)制信號(hào)的相位關(guān)系，此時(shí)由于二者同相位，從相敏檢波器輸出一負(fù)直流電壓，繼而經(jīng)過直流放大、調(diào)制升壓與整流，饋送到壓電陶瓷上，這電壓使壓電陶瓷環(huán)縮短，從

24、而使腔長(zhǎng)伸長(zhǎng)，于是激光振蕩頻率又回到0處。4.2.3 蘭姆凹陷穩(wěn)頻4.2 激光器的穩(wěn)頻同樣，如果激光頻率0 (圖中A點(diǎn)處)時(shí)，則輸出功率雖然仍按頻率f變化(如圖中fA)，幅度仍為p，但其相位與調(diào)制信號(hào)相反，此時(shí)，從相敏檢波器輸出一正的直流電壓，這電壓使壓電陶瓷環(huán)伸長(zhǎng)，腔長(zhǎng)縮短，因而激光振蕩頻率又自動(dòng)回到0處。 總之，蘭姆凹陷穩(wěn)頻的實(shí)質(zhì)是：經(jīng)譜線的中心頻率0作為參考標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)激光振蕩頻率偏離0 時(shí)，即輸出一誤差信息 通過伺服系統(tǒng)鑒別出頻率偏離的大小和方向，輸出一直流電壓調(diào)節(jié)壓電陶瓷的伸縮來控制腔長(zhǎng) 把激光振蕩頻率自動(dòng)地鎖定在蘭姆凹陷中心處。4.2.3 蘭姆凹陷穩(wěn)頻4.2 激光器的穩(wěn)頻(1)穩(wěn)頻激光

25、器不僅要求是單橫模，而且還要求必須是單縱模。(2)根據(jù)以上討論可見，頻率穩(wěn)定性與蘭姆凹陷中心兩側(cè)的斜率有關(guān)，斜率越大，誤差信號(hào)就越大，因而靈敏度高，穩(wěn)定性就越好。(3)蘭姆凹陷線型的對(duì)稱性也影響頻率的穩(wěn)定性。(4)蘭姆凹陷穩(wěn)頻是以原子躍遷譜線中心頻率0作為參考標(biāo)準(zhǔn)的。*應(yīng)用蘭姆凹陷穩(wěn)頻時(shí)應(yīng)注意的問題：4.2.3 蘭姆凹陷穩(wěn)頻4.2 激光器的穩(wěn)頻*應(yīng)用蘭姆凹陷穩(wěn)頻時(shí)要求：4.2.3 蘭姆凹陷穩(wěn)頻4.2 激光器的穩(wěn)頻第一、激光器的激勵(lì)電源是穩(wěn)壓和穩(wěn)流的。第二、氖的不同同位素的原子譜線中心有一定頻差(圖4-11)，提高氖氣的純度以實(shí)現(xiàn)蘭姆凹陷。第三、頻率的穩(wěn)定性與蘭姆凹陷中心兩側(cè)的斜率大小有關(guān)，增加蘭姆凹陷深度以提高穩(wěn)定度。 從前面所討論的蘭姆凹陷穩(wěn)頻可知，提高頻率的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性的關(guān)鍵是如何選擇一個(gè)穩(wěn)定的和盡可能窄的參考頻率。穩(wěn)定么？上述穩(wěn)頻方法都是利用激光本身的原子躍遷中心頻率作為參考點(diǎn)，而原子躍遷的中心頻率易受放電條件等影響而發(fā)生變化，所以其穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性就受到局限。為了提高頻率的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性，通常采用外界參考頻率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行穩(wěn)頻。4.2.4 飽和吸收穩(wěn)頻(反蘭姆凹陷穩(wěn)頻)4