F-P 腔的調(diào)節(jié) (2)課件

F-P腔的調(diào)節(jié)一、F-P腔的工作原理二、F-P腔的結(jié)構(gòu)三、F-P腔的調(diào)節(jié)四、F-P腔在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用一、F-P腔的工作原理F-P腔（Fabry-perotCavity）是一種利用多光束干涉現(xiàn)象來(lái)工作的裝置圖1多光束干涉示意圖如圖1,一束光0入射到一上下表面平行的薄膜上,它將產(chǎn)生一系列的反射光束1,2,3,…,和一系列的透射光束1’,2’,3’,…反射光和透射光的總振幅和光強(qiáng)分別為:式中，計(jì)算可得透射光強(qiáng)為:(3)為入射光強(qiáng)。(4)利用（4）式可作出F-P腔透射特性曲線如圖2所示圖2IT/I0R=5%R=25%R=75%R=50%

圖中曲線表明，隨著R的增大，透射光強(qiáng)極大的銳度越來(lái)越大。R的增大意味著無(wú)窮系列中后面光束的作用越來(lái)越不可忽略，從而參加到干涉效應(yīng)中的光束數(shù)目越來(lái)越多，其結(jié)果是使干涉條紋的銳度變大。這一特征正是多光束干涉的普遍規(guī)律。

它反映了F-P腔的分辨率.

定義F-P腔的精細(xì)度F(Finesse)為.

二、F-P腔的結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)中所用的腔鏡反射率為R=0.98,代入(5)式得精細(xì)度F=155.在實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)的F-P腔是由山西大學(xué)光電研究所設(shè)計(jì)的可控溫F-P腔,由于F-P腔的腔長(zhǎng)的變化,將影響到透射光頻率的穩(wěn)定性,為此,在該F-P腔的設(shè)計(jì)中,充分考慮了環(huán)境溫度的變化,空氣的變化及機(jī)械振動(dòng)等干擾的防護(hù).(5)圖4

F-P腔外觀結(jié)構(gòu)圖為了減小空氣的流動(dòng),采用了密封的腔體,即用鋁罩將腔體封住;為了減小溫度的影響,采用了熱膨脹系數(shù)較小的殷鋼材料(線膨脹系數(shù)為α=9×10-7/℃),同時(shí)用控溫精度為0.3％的控溫儀,通過(guò)珀耳帖元件和熱敏電阻來(lái)控溫(為了避免殷鋼導(dǎo)熱性差對(duì)控溫時(shí)間的限制又在殷鋼外包了一層對(duì)熱反應(yīng)敏感的紫銅);為了防震,在紫銅的外邊包了一層膠木(起一定的保溫作用),并將整個(gè)裝置放在防震臺(tái)上。F-P腔對(duì)光路的要求非常嚴(yán)格,它要求光能夠從它的兩面反射鏡的中心準(zhǔn)確地通過(guò),所以對(duì)光路的調(diào)節(jié)要求非常精確.不能使光路有左右或上下的一丁點(diǎn)的偏差.光路的調(diào)節(jié)如下圖5所示:三、F-P腔的調(diào)節(jié)圖5F-P腔光路的調(diào)節(jié)(3)a.粘貼腔的第一片腔鏡，由于粘貼后的腔鏡的軸線與準(zhǔn)直的光路不一定完全重合，可能存在誤差，因此，在粘貼過(guò)程中需借助一個(gè)磁力座來(lái)減小這個(gè)誤差。把粘貼好的腔鏡裝置放在磁力座上進(jìn)行校正，這時(shí)也需借助光闌，調(diào)節(jié)的目的是使入射光斑與出射光斑的中心重合，調(diào)節(jié)過(guò)程中要在A-B膠未完全固化之前，通過(guò)旋轉(zhuǎn)鏡片使得入射光斑與反射光斑在最小誤差范圍內(nèi)達(dá)到重合，旋轉(zhuǎn)時(shí)注意手指不要接觸鏡面,否則可能造成對(duì)鏡面的損壞。調(diào)節(jié)過(guò)程持續(xù)15分鐘左右。由于磁力座不可能做的精確水平，因此粘貼好的腔鏡在校正后任可能存在較小的誤差。b.粘貼第二片鏡子。同樣需要用一個(gè)光闌來(lái)幫助調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)過(guò)程需要借助保險(xiǎn)絲來(lái)達(dá)到入射光斑與反射光斑重合的效果。第二片鏡子是粘貼在壓電陶瓷上的,粘貼好后還要在壓電陶瓷上焊接高壓線（注意壓電陶瓷是內(nèi)正外負(fù)在高壓線上作好標(biāo)志）。（4）兩片腔鏡粘貼好后，在F-P腔的前面加一個(gè)f=150mm的聚焦透鏡，使聚焦透鏡的焦點(diǎn)大致在腔的中心處。用CCD觀察出射的光斑（有兩個(gè)），使它們重合并達(dá)到很好的干涉效果（可以看到明暗閃爍），同時(shí)不斷調(diào)整腔長(zhǎng)，使腔長(zhǎng)最佳（L=100mm）。這些都是通過(guò)示波器來(lái)觀察和調(diào)整的。

(1)提高單色性將一非單色光輸入F-P腔之后得到的輸出曲線圖,頻率是等間隔的,每條單模的譜線寬度隨R和H的增大而減小,即F-P腔對(duì)輸入的非單色光起挑選波長(zhǎng),壓窄線寬,從而提高單色性的作用.這點(diǎn)在激光技術(shù)中得到重要的應(yīng)用.四、F-P腔在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用1F-P腔在光譜學(xué)中的應(yīng)用

穩(wěn)頻技術(shù)是從事若干量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要問(wèn)題,直接應(yīng)響著實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞,穩(wěn)頻技術(shù)的提高將促使我們對(duì)微觀世間進(jìn)一步了解和認(rèn)識(shí)及前沿學(xué)科的發(fā)展.穩(wěn)頻技術(shù)不僅在高精度光學(xué)測(cè)量,光學(xué)通信等方面具有重要的應(yīng)用前景,而且它是從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究的各種實(shí)驗(yàn)不可缺少的環(huán)節(jié).F-P腔是一種分辨波長(zhǎng)微小變化的元件,同時(shí),也能以相同的精度分辨出頻率的改變,因而可用作激光穩(wěn)頻基準(zhǔn).它突出的優(yōu)點(diǎn)是較寬頻率動(dòng)態(tài)工作范圍.

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F-P腔穩(wěn)頻技術(shù)

3F-P作為反饋元件的應(yīng)用在自由運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，半導(dǎo)體激光器譜線一般較寬,由于低Q腔和電場(chǎng)振幅相位之間的相互耦合，使光的振幅和相位噪聲較大，在光通信、量子光學(xué)、BEC等應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)中，要求窄線寬，頻率穩(wěn)定性高的單頻低噪聲光源。大量研究表明，通過(guò)外加光反饋如光柵外部反饋，F(xiàn)-P腔外部反饋等不但可將半導(dǎo)體激光器線寬壓窄，而且還可將頻率調(diào)到特定的波長(zhǎng)區(qū)