激光稳频论文：激光稳频 PDH技术光学谐振腔光外差双折射

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F—P腔的激光稳频技术探讨

F—P腔的激光稳频技术探讨作者：史国庆来源：《市场周刊·市场版》2017年第20期摘要：光电子半导体的发展。

半导体激光器凭借着工作效率高，整体结构简单，工作寿命长，机械强度高，光谱范围宽，可与常用探测器相匹配，成本低的特点被大量的应用在通信领域，航天领域，谱线分析领域。

频率的稳定度的成为了衡量半导体激光器发展的层次。

基于F-P腔的半导体激光器能够拥有较强的稳定性和精度，在一定条件下还具有较强的抗干扰能力，使它具有更广阔的发展空间和发展前景。

在此基础上，运用了PDH技术建立了PDH模型，特别的时针对F-P腔的一系列问题进行研究，充分了解到了激光器的主要是受温度和电流的影响很大，并且分析了在不同的条件下，在稳频的状态的时候，半导体激光器的影响和反应。

关键词：F-P腔；半导体激光器；PDH稳频技术一、绪论（一）稳频技术研究状况稳频技术的原理是为了维持穿过谐振腔光程长度的稳定性，稳频技术主要分为被动稳频和主动稳频。

通过调节F-P腔的腔长长度，使激光重新恢复到稳定的频率上去，从而达到稳频的目的。

稳频技术有饱和吸收法；原子光谱Zeeman效应吸收法；相位调制光外差稳频。

（二）F-P腔的优点及研究现状外腔光反馈元件主要有光栅和F-P腔。

光栅光稳定性较差。

而F-P标准具光反馈稳定性能好，结构简单，可以保证激光器的输出波长始终稳定在系统的中心频率上，并且不会出现频率漂移问题。

F-P腔的优点也不是十全十美的，短期稳定性较低。

所以，要采用一些方法抑制其他因素的扰动诱发的频率漂移，才能尽可能的使激光器得到稳定。

因此半导体激光器的频率是关键，有一种是基于光学元件的稳频，这种电子元件的名字叫做F-P腔，它可以不受波段的限制，成为半导体激光器稳频的主要措施，结合F-P腔的这种特点用来把半导体激光器的稳频恰到好处。

（三）半导体激光器的基本特性半导体激光器主要分为三个部分一部分是激光管，一部分是驱动电源，最后一部分是准直支架三大部分构成半导体激光器产生激光需要适应基本的三个条件：（1）粒子数反转。

基于PDH实现FP腔的锁定

实验报告实验名称：基于PDH实现FP腔的锁定指导教师：姓名：专业：学号：一．实验目的1.理解PDH锁频的技术原理。

2.掌握实验仪器的工作原理。

3.能利用PDH技术实现对外部光学谐振腔频率的锁定。

二．实验仪器光路:795nm稳频激光器、电光调制器(EOM)、F-P腔、压电陶瓷。

电路:比例积分微分器(PID)、高频探测器、低频探测器、混频器、低通滤波器、扫描信号源、高频信号源、示波器、功率放大器、高压放大器、选择开关。

三．实验原理1.PDH稳频方法简介激光频率稳定有多种方法，可以分为被动稳频和主动稳频。

被动稳频技术通过精确控制温度或提高工作台机械稳定性等方法提高激光频率的稳定性，利用被动稳频在实验上能达到量级的稳定度；但要想将稳定性再提高几个量级，则必须采用主动稳频技术，主动稳频指的是选取一个稳定的频率参考标准，当外界影响使激光频率偏离标准频率时，采用电子伺服系统鉴别出来并自动调节腔长，使激光频率回复到特定的标准频率上，达到稳频目的。

常见的频率参考标准有：兰姆凹陷，谐振腔和饱和吸收谱等[7]。

同其他稳频方法相比，基于谐振振腔的PDH方法不仅应用范围广泛，而且不需要在激光频率上加低频扰动，从而稳频后，激光器频率原则上严格等于谐振腔的共振频率。

PDH技术在腔长锁定的实际应用中具有更高的稳定性和控制精度，由于在锁定过程中对激光相位进行了位相调制，因此避开了激光幅度噪声的影响，具有更强的抗干扰能力。

2.PDH技术应用PDH技术时，其基本原理如下：（1）首先对待锁定的激光进行相位调制，一般使用电光调制器实现。

（2）将调制后的激光信号射入光学腔，使之与光学腔谐振，并使用光电探测器收集光学腔的反射光信号。

（3）对反射光信号进行相位解调，得到误差信号(其幅度正比于激光频率相对光腔谐振频率的失谐量)。

将反射光信号与移相后的本机振荡混频，可以实现反射光信号的相位解调。

（4）将误差信号经过滤波后，输入伺服回路（环路滤波器），通过环路滤波器进行计算后产生控制信号，反馈给待锁定激光器频率调谐器件，最终实现将普通激光锁定在超稳光学腔上。

半导体激光器稳频技术的研究进展

度．而且能够满足各个波段激光稳频的需要．所以采用相位调制光外差（ＰＤＨ）技术将激光频率锁定在光学谐振腔的共振频率上．可以得到极高的频率稳定性和Ｈｚ量级或者亚Ｈｚ量级的超窄输出线宽。随着激光冷却技术的发展和应用．国际上许多小组在进行冷原子、单离子精密光谱检测和光钟系统的研究。由于冷原子的跃迁谱线宽度在Ｈｚ或亚Ｈｚ量级．因此需要超窄线宽的激光作为探测光。而采用ＰＤＨ技术的稳频激光器能得到宽度在Ｈｚ或ＭＨｚ量级的谱线．已成为冷原子精密光谱和光钟研究中关键的光源．ＰＤＨ技术的原理是将激光进行射频电光相位调制．利用Ｆ—Ｐ腔的共振特性和光谱检测技术．得到具有良好鉴频特性的色散型谱线以及鉴频后激光的频率与Ｆ—Ｐ腔共振频率的误差信号．通过反馈系统来控制激光器的腔长进而改变激光器的频率．将激光频率锁定在光学谐振腔的共振频率上。图２为基于ＰＤＨ技术和Ｆ—Ｐ腔稳频的实验原理图【堋。从图２中可以看出激光首先经过作为光隔离器件的声光调制器．选择一级衍射光．再调节二分之一波片．改变激光入射到电光调制器上的偏振方向。使电光调制器对入射的激光产生相位调制。入射到偏振分束棱镜的激光被分成两束．其中一束穿过四分之一波片垂直入射到Ｆ—Ｐ腔．当激光器出射的激光在Ｆ—Ｐ腔共振时．反射出来的光在经过四分之一波片由圆偏振光变为线偏振光．并且方向旋转了９００．经过偏振分束棱镜进入到探测
２直接电控稳频技术
影响半导体激光器频率稳定度的因素有很多．但最主要的因素是工作电流的变化阎和工作温度的漂移。这种稳频技术的关键是检测出频率变化（误差信号），然后将其转化为电信号，通过微控制器控制激光器的驱动电流和温度，从而稳定激光器的频率。一般情况下，通过控制电流的变化来补偿温度对频率造成的影响。因此。直接电控稳频技术是在半导体激光器工作在最佳Ｔ作温度的情况下．通过调整激光器的工作电流来达到稳频的目的。直接电控稳频系统如图４所示．

半导体激光器件中的稳频与频率稳定性研究

半导体激光器件中的稳频与频率稳定性研究激光器件已成为现代科技的关键应用，广泛应用于通信、制造、医疗等领域。

在这些应用中，稳定的激光频率是确保设备性能和数据传输质量的重要因素。

半导体激光器件因其小巧、可靠性高和成本相对较低而受到广泛关注。

然而，在实际使用中，半导体激光器件的频率稳定性仍然是一个挑战。

本文将介绍半导体激光器件中的稳频与频率稳定性研究，分析其应用前景与关键技术。

首先，我们来探讨半导体激光器件中的稳频技术。

稳频是指激光器件产生的激光频率在一定的范围内保持恒定。

稳频技术的研究主要集中在解决以下几个关键问题：频率漂移、频率抖动和频率调谐。

频率漂移是由于环境温度、电流波动或其他因素引起的频率变化。

频率抖动是指激光频率在时间尺度上的快速变化，其主要受到激光器内的噪声与振荡器的限制因素影响。

频率调谐是指通过控制激光器器件中的谐振腔，改变激光频率的能力。

研究人员通过改进材料的选择、增加反馈机制和优化器件的结构等方法，不断改进半导体激光器件的稳频性能。

其次，我们来关注半导体激光器件中的频率稳定性研究。

频率稳定性是指激光器件在长时间运行过程中频率的变化情况。

频率稳定性对于激光器件在通信、光谱分析和精密测量等领域的应用至关重要。

然而，半导体激光器件在长时间运行过程中频率稳定性往往受到多种因素的影响，例如温度变化和器件老化等。

因此，频率稳定性的研究成为了半导体激光器件技术改进的重要方向。

研究人员通过控制温度、加入反馈机制和增强材料的纯度等方法，努力提高半导体激光器件的频率稳定性。

最后，我们来展望半导体激光器件中稳频与频率稳定性研究的应用前景。

随着科技的不断发展，激光器件在通信、制造和医疗等领域的应用需求不断增加。

半导体激光器件由于其小巧、可靠性高和成本相对较低的特点，已成为激光器件技术的重要分支。

然而，稳频与频率稳定性仍然是半导体激光器件技术改进的关键挑战。

通过持续的研究与技术创新，我们有理由相信可以克服这些挑战，进一步提高半导体激光器件的稳频与频率稳定性。

参考腔模式匹配及其在激光稳频中的应用

参考腔模式匹配及其在激光稳频中的应用马喆;刘杰;任立庆;刘涛;张首刚【摘要】The sub-hertz linewidth laser is the key part of optical clock and also the important instrument for precise optical measurement of atoms. We show the theoretical expression of the cavity mirror loss using the relation between the power reflectivity and transmission as well as the loss of the cavity mirrors. We experimentally measured and calculated the reflectivity and loss for the substrate mirror of the pre-stable cavity. The experiments show that optimizing the matching efficiency can decrease the practical loss of the cavity, and it is more important that reducing the loss of the cavity may improve the stability of locking loop.%窄线宽激光器是光钟的核心部件，也是原子光精密测量的关键仪器。

利用参考腔的功率反射率和功率透射率与损耗的关系给出了窄线宽激光器系统稳频中腔镜损耗的理论表达式。

对腔镜的实际反射率与损耗进行了实验测量和计算。

实验结果表明，优化模式匹配效率，可以进一步减小腔镜损耗。

更重要的是，腔镜损耗的优化有助于提高稳频的锁定质量。

激光回馈双折射测量系统稳定性能优化

激光回馈双折射测量系统稳定性能优化摘要：1/4波片通常由方解石、石英晶体这些双折射晶体制成，常用于光学系统当中，用来改变光的偏振态，它可以把线偏振态的光变为椭圆偏振态，亦可将椭圆偏振光变为线偏振光。

目前，对1/4波片相位延迟量的测量方法有很多，常见的有移相法、椭偏测量法、频率分裂法等，移相法需要借助高精度的标准波片进行相位补偿。

椭偏测量法受到波长的限制，只能测量一定波长范围内的相位延迟。

频率分裂法是测量波片的国家标准，使用该方法进行测量，被测元件需要镀上相应的增透膜，适合用来作为校准装置，无法进行在线测量。

基于此，本文章对激光回馈双折射测量系统稳定性能优化进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：激光回馈；双折射测量系统；稳定性能；优化引言由于激光反馈系统具有一个简单、紧凑、易于修理和成本低廉的系统的优点，已作出努力将其应用于仪器的精确测量。

经过几十年的发展，激光反馈测量领域扩大到速度、位移、绝对距离物理检测等。

21世纪，激光反馈效应逐渐在生物检测和医学领域出现。

一、激光回馈激光反馈也称为激光自混合干涉，是指激光发射的光由腔外物体反射或散射，并将部分光返回到激光共振腔，从而对功率、频率、偏振等的物理量产生调制效果。

你的激光。

在各向异性反馈腔中，可以通过解调发光强度和偏振态信息来实现双折射测量。

为了提高测量的稳定性，系统采用稳定频率技术，使激光器保持单模输出状态，提高激光器抗干扰的能力。

使用优化系统对TGG刀片和晶体进行测量表明，该系统非常精确可靠，对于检测和应用双折射部件的生产十分重要。

二、双折射测量系统的发展现状双折射测量系统以激光反馈效应为基础，即激光输出光从外部反射到激光内腔，干扰激光内腔的光束，引起光强变化。

从传统的激光反馈理论模型中，研究人员得出结论，反射器波长一半的位移是光强变化周期，为激光反馈技术在测量速度、形状、角度、位移等领域的应用提供了理论基础。

刀片作为光学系统的一个重要组成部分，广泛应用于通信技术、医疗技术和军事研究等许多领域，其处理和偏振测量精度必须达到高生产标准。

《激光原理》4.2激光器的稳频(新)

二.腔长自动补偿系统的方框图及主要功能
前
3、选频放大器——对输入的波形信号进行选颇放大。它有自己的中心频率，只对频率为 f 的信号进行放大并输入到相敏整流器上。 4、相敏整流器——对选颇放大后的信号电压与振荡器发出的正弦参考信号电压进行相位比较，如果相位相同，则输出负直流电压，如果相位相反，则输出正直流电压，
二.腔长自动补偿系统(伺服系统)的方框图及主要功能
前
图4-8 兰姆凹陷法稳频激光器的基本结构
1. 在压电陶瓷上需加一直流电压：使初始频率为0
L0
2、频率振荡器——振荡器给出一个频率为 f [(约为lkHz)、幅度很小(只有零点几伏)的交流讯号，称为“搜索讯号”]的正弦调制信号，一路加到压电陶瓷环上对腔长进行调制，使腔长产生频率为f 、振幅为L的调制、相应的产生激光振荡频率 v 的变量 v 和激光输出功率P 幅度为P的调制；另一路加到相敏整流器上做为参考信号。
频放大后送入相敏整流器,相
敏整流器输出一个负的直流
电压,经放大后加在压电陶瓷
的内表面,它使压电陶瓷缩
短,腔长伸长,于是频率vB 被拉回到v0
2.假如由于某种原因(例如温度升
高)使L伸长，引起激光频率由 ν偏0
至，νA 与ν的位相P 正好相反,相敏
整流器输出一个正的直流电压,经放大后加在压电陶瓷的内表面,它使压电陶瓷伸长,腔长缩短,于是频率vA 被拉回到v0
把激光器中原子跃迁的中心频率做为参考频率，把激光频率锁定到跃迁的中心频率上，如兰姆凹陷法。
把振荡频率锁定在外界的参考频率上，例如用分子或原子的吸收线作为参考频率，选取的吸收物质的吸收频率必须与激光频率相重合。如饱和吸收法。
2.鉴频器：是稳频的关键部件。

半导体制冷式氦氖激光器稳频技术的研究优秀毕业论文

工学硕士学位论文半导体制冷式氦氖激光器稳频技术的研究杨家慧哈尔滨工业大学2007年7月国内图书分类号：TH741国际图书分类号：621.3工学硕士学位论文半导体制冷式氦氖激光器稳频技术的研究硕士研究生：杨家慧导师：吴丽莹教授申请学位：工学硕士学科、专业：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TH741U.D.C.: 621.3Dissertation for the Doctoral Degree in EngineeringRESEARCH ON FREQUENCY STABILIZED TECHNOLOGY OF HE-NE LASER WITH THERMOELECTRICCOOLERCandidate：Yang JiahuiSupervisor：Professor Wu LiyingAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpecialty：Instrument Science and Technology Affiliation：Department of Automatic Testing andControlDate of Defence：July, 2007Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在精密计量中，通常采用激光的波长作为长度基准。

但自由运转的氦氖激光器，光频率（波长）稳定度仅为10-6，无法满足超精密测量的要求。

激光稳频技术的应用就是为了得到波长高稳定的相干激光光源，从而提高测量精度，严格控制产品质量。

基于横向塞曼效应的稳频激光器，频率稳定度高，抗干扰能力强，输出功率大，差拍信号频率低、易于接收和处理，可直接输出相干性和偏振度都很好的线偏振光，便于测量偏振、双折射等物理量。

采用F-P光学腔的外腔半导体激光器锁相稳频方法

采用F-P光学腔的外腔半导体激光器锁相稳频方法步明繁;刘志刚;张为波;张萌;洪军【摘要】针对外腔半导体激光器出射光频不稳定的问题,提出了一种将Fabry-Perot(F-P)光学腔与锁相放大器相结合的稳频方法,将激光器出射光频稳定在F-P 光学腔的平均腔长相对应的谐振频率上.信号发生器驱动F-P光学腔的腔长按照正弦规律变化,光电探测器将透过F-P光学腔的光信号转化为电信号,锁相放大器将这一电信号与信号发生器的驱动信号进行混频经低通滤波后得到光学腔谐振信号相位误差.利用这一相位误差信号,通过PID控制器对激光器内腔电流和外腔PZT驱动电压两种不同的反馈方式进行反馈控制,实现稳定的输出光频.理论推导出光学腔谐振信号相位误差与激光器波长变化关系,选用F-P光学腔透射峰值时间间隔τ的标准偏差作为评价频率稳定度指标.通过实验验证,选用外腔PZT驱动电压的反馈方式,能将外腔半导体激光器的光频稳定性提高约80％,该方法具有简单高效的特点,并且可以实现较长时间的频率稳定,也能够适用于不同波长的激光器稳频.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2016(050)010【总页数】7页(P125-131)【关键词】稳频;Fabry-Perot光学腔;锁相;Littman结构【作者】步明繁;刘志刚;张为波;张萌;洪军【作者单位】西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TB96外腔半导体激光器具有转换效率高、线宽窄、体积小、经济性好等特点,广泛应用于精密干涉测量、激光陀螺、大气和环境监测、光通信等领域。

光频稳定性是激光器的一个重要的性能指标,半导体激光器的光频对电流、温度、振动等因素极其敏感,如何提高半导体激光器的光频稳定性一直是外腔激光器研究的热点之一[1-2]。

半导体激光器稳频技术的发展动态

第35卷　第1期激光与红外V ol.35,N o.1　2005年1月LASER&I NFRARE D January,2005 文章编号:100125078(2005)0120018204半导体激光器稳频技术的发展动态陈翼翔,薛大键,程波涛,陆璇辉,王育竹(浙江大学物理系光学研究所,浙江杭州310027)摘　要:对目前半导体激光器稳频的各种方法进行综述和分析,讨论了它们各自的特点和发展趋势。

关键词:激光器;稳频;F2P腔;原子谱线中图分类号:T N248.4 文献标识码:ADevelopment of the Stabilization of Laser DiodeCHE N Y i2xiang,X UE Da2jian,CHE NG Bo2tao,LU Xuan2hui,W ANG Y u2zhu(Institute of Optics,Physics Department,Zhejiang University,Hangzhou310027,China)Abstract:Based on the analysis of the frequency stabilization of laser diode,an overview on the method of frequency stabi2lization is given.Their characteristics and development trend have been discussed.K ey w ords:laser diode;frequency stabilization;F2P cavity;atomic line1　引　言高稳定可调谐半导体二极管激光器,已经在原子波谱学、高分辨光谱学、量子计量学、光纤通信及激光原子冷却等一系列基础研究和高科技产品开发中得到日益广泛的应用。

在上述应用中,常遇到的一个问题是半导体激光二极管(LD)的输出频率对其注入电流和工作温度极其敏感[1]。

弹性加力中频差He-Ne塞曼-双折射双频激光器及稳频

１中频差Ｈｅ－ＮｅＺ－Ｂ激光器
１．１中频差区间
所谓的中频差，特指３—４０ＭＨｚ的频差区间。图ｌ
是以塞曼效应和双折射效应为依据划分的小、中、大频
差区间依次对应ＳＦＤ、ＭＦＤ、ＬＦＤ。塞曼双频激光器ＺＬ
利用塞曼效应产生频差，按照磁场方向分为横向和纵
向塞曼双频激光器，频差大小受磁场大小的影响，其频
Ｍｅｃｈａｎｏｌｏｇｙ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ’Ｓｓｐｅｅｄ．ａｎｅｗｋｉｎｄｏｆＺｅｅｍａｎ—ｂｋｅｆｎｎｇｅｎｃｅｄｕａｌ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌａｓｅｒｃａｌｌｅｄＺ－Ｂｌａｓｅｒｗａｓｉｎｖｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｌａｓｅｒｔｕｂｅｗａｓｌａｉｄｉｎｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｌｅｄａｎｄｉｔｓ
光器做光源，不仅可以提高干涉仪的测量速度，同时便
于与旧系统自然衔接。
…………………Ｚ－…ＢＬ………………●
ｚＬＳＦ—Ｄ—： —Ｍ—ＦＤ—Ｌ：Ｆ—ＤＢＬ
３ＭＨｚ
４０ＭＨｚ
图１双频激光器输出频差区间Ｆｉｇ．１Ｏｕｔｐｕｔｒａｎｇｅｏｆｄｕａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｌａｓｅｒ
先前研制的加力环中频差双频激光器，由于采用刚性对径加力，当调整加力机构时，很容易造成频差的跳变，无法实现频差的平稳调节，并且频差的稳定精度较差。新型弹性加力Ｚ—Ｂ激光器的特点是采用了弹性加力方案，其加力机构由底座Ｂ，悬臂ＣＬ和加力片ＳＦＥ３部分组成。底座实现了加力机构与激光器的固定，前端的加力机构有效实现了力的弹性调节。当调节固紧螺钉Ｓ时，伸出的悬臂和加力片能够对调节进行缓冲，使频差的调节更显平稳，且能使输出的中频差更加稳定。图３所示为４ＭＨｚ的弹性加力Ｚ－Ｂ激光器频差变化曲线，３０ｍｉｎ内其峰一峰值漂移仅±ｏ．２ＭＨｚ，而原有的刚性加力的中频差Ｈｅ．Ｎｅ激光器频差漂移可能超过兆赫兹。

激光稳频控制系统仿真与实验研究

激光稳频控制系统仿真与实验研究伍越;陈卫;李泽禹;姚峰;朱涛【摘要】窄线宽稳频半导体激光器在干涉测量、光学频标、精密光谱测量等研究领域有着广泛的应用;自由运转的半导体激光器每天的频率漂移量可以达到GHz,因此研究半导体激光器的稳频具有十分重要的意义;以PDH稳频为例,基于PLL理论建立了激光稳频过程的数学模型,计算了激光稳频过程的误差传递函数;利用Matlab/Simulink搭建了激光稳频仿真模型,分析了环境变化时激光器失锁机理,结果表明控制电路内部信号可作为失锁判据;进一步利用积分扫描方式搭建了一套激光器稳频试验系统,针对环境因素的变化,对激光器失锁过程进行了研究,实验结果与仿真结果基本一致;同时在稳频系统精密控温的情况下,实现了对激光器长时间稳频,其频率不稳定度小于5 MHz.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2018(026)012【总页数】4页(P111-114)【关键词】激光稳频;Pound-Drever-Hall方法;PLL;积分扫描【作者】伍越;陈卫;李泽禹;姚峰;朱涛【作者单位】中国空气动力研究与发展中心超高速所,四川绵阳 621000;中国空气动力研究与发展中心超高速所,四川绵阳 621000;中国空气动力研究与发展中心超高速所,四川绵阳 621000;中国空气动力研究与发展中心超高速所,四川绵阳621000;中国空气动力研究与发展中心超高速所,四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言窄线宽稳频半导体激光器在精密干涉测量、光学频率标准和精密光谱测量等研究领域有着广泛的应用[1-3]，这些领域对激光频率的稳定性有非常高的要求，要求在数小时甚至几天内频率稳定在几个MHz甚至更小的范围内[4]，而在半导体激光器自由运转时，由于温度或机械震动的影响，激光器折射率、谐振腔几何长度都会发生改变，激光频率出现起伏和长期漂移，频率移动范围可能达几个GHz。

基于失调量的光学折叠腔稳定性研究及应用

基于失调量的光学折叠腔稳定性研究及应用1万大平1，刘红斌1，胡德金1，王裕民2，归振兴21上海交通大学机械与动力工程学院，上海(200030 )2中国科学院上海光学精密机械研究所，上海(201800 )E-mail：wandapingwu@163。

com摘要：为了对激光谐振腔体进行优化设计，运用光学传输矩阵理论，借助Z型折叠腔激光器的等效简化模型对该激光腔的稳定性进行了研究。

分析了腔长、折叠镜焦距、反射镜曲率半径与系统稳定性的关系，得到以失调量为参数的稳区临界曲线方程，实现了三镜折叠腔型CO2斩光盘式调Q脉冲输出激光器的设计。

分析结果表明:腔内有二个稳定区而非一个稳定区，采用失调量而非g因子做为参数，直接给出失调误差，使用性好，所得结论对设计激光器具有重要的指导意义。

关键词：激光，稳定性，折叠腔，失调量中图分类号：TN2430 引言Z型折叠腔因模参数调整灵活以及腔内有效空间大等原因，在高功率激光器中获得了广泛应用。

采用折叠腔的激光器不但输出激光光束腰很细，而且结构紧凑。

谐振腔参数选择不当，不但会影响谐振腔的稳定性，而且使激光器的工作效率降低。

通常对激光谐振腔的设计分析是采用ABCD传输矩阵进行稳定性研究和数值模拟计算[1-3]，研究或设计某种特殊的激光腔体结构，再进行实验研究[3-5]，其物理意义不直观，对于特定的工程应用缺乏通用性。

对于多元件光学谐振腔，以往大都采用G参数等价腔法进行分析[1-3，6-8]，本文采用失调量而非g因子作为参数进行分析，使用性好，直接给出失调误差，工作点具有二个稳定区而非以往研究者提出的一个稳定区[7-8]。

通过计算得到腔内光腰半径和位置的解析解，在调整光路时选择合适的参数值，使之避开稳区的分界线。

另外，我们设计了一台机械调Q二氧化碳激光器，将连续的激光变成脉冲的激光，针对这台激光器，分析了腔参数、腔镜曲率半径对谐振腔稳定性的影响，所得结果对Z型折叠腔的优化设计和光路调整具有重要参考价值。

激光调腔论文_3

激光调腔与纵横模分析论文内容摘要：本实验利用He-Ne激光器和示波器等仪器在示波器上观察了长短两个He-Ne激光器的模谱，并在模谱上辨认了自由光谱区，测量了纵、横模的频率间隔，然后观察了横模的图样。

又利用频率分裂和模竞争实验激光器测量了增益曲线，观察了模分裂现象。

关键字：纵模，横模，自由光谱区，晶体光折射，纵模分裂一实验原理1、激光以及氦氖激光器（１）激光器由光学谐振腔、增益介质和激励能源组成。

He-Ne激光器谐振腔由二片直径为2a、间隔的L的介质膜反射镜相对放置组成。

如果一个腔体中同时存在着原子体系和光讯号，它们之间的相互作用可以归结为三个基本过程，即自发辐射、受激吸收和受激发射。

对于激光束，同时存在着受激吸收和受激发射。

有激光输出，要求受激发射超过受激吸收，必须是高能级的原子数密度N2大于低能级的原子数密度N1。

我们把出现N2>N1的情况称为“粒子数反转”。

用放电激励的方法使N2>N1，那么，由于激光器两端有两块互相平行的高反射镜子，使光讯号在激光器的腔体中不断来回振荡，不断放大，最终就形成强烈的激光束。

受激发射的光子具有相同的能量（频率）、相同的相位、偏振态，且从同一方向发出。

(２)调腔实验调节方法：十字小孔成像准直法图2.如图1所示，十字屏中心有一小孔，用照明光源照亮十字屏。

通过小孔沿光轴观察放电管，移动十字屏位置，在放电管端头找到放电管中心的光点，如图2（a）所示。

然后调节腔镜，并观察十字线的像，使其交点与放电管中心光点重合，调节到如图2（c）所示状态后（标志着腔镜已经与放电管轴线垂直），将十字屏、照明光源换到激光腔另外一端，按照以上调节方法，同样调节到如图2（c）所示状态，即可能有激光输出。

否则，可重复以上步骤，反复调节，直至输出红色激光。

可以使用光功率计（自备）检测输出激光强度，微调两腔镜，以达到最佳输出光强。

波长632.8nm。

2、He-Ne激光器的纵模、横模及其对应的频率间隔（1）纵模激光器是由增益介质、光学谐振腔和激励能源组成。