激光技术及控制基础(精)

塞曼效应吸收稳频： 利用吸收介质的吸收中心 0 作标准频率，在吸收管上加 一磁场，产生塞曼效应，结果对不同旋光的光吸收差别 来稳定频率。 结构原理：吸收管中充有低压的Ne气，加磁场以后，由 于塞曼效应，吸收曲线分离成左右旋光的两条吸收线， 它对频率相同、旋光方向不同的圆偏光吸收不同。 稳频过程：利用吸收曲线的中心频率作标准频率，利用 左右旋光的光强差作误差信号dI，采用一套负反馈电路 控制系统。从激光器输出的线偏光通过加有交变的矩形 电压Vλ /4晶体，变成左右旋光。又因右旋光和调制讯号 同相位，dI大小和相位即可判别。
影响激光频率稳定的因素： 频率的稳定性主要取决于n，L的稳定 1.引起n，L变化的外界因素： ① 温度变化的影响。 ② 大气变化的影响。 ③ 机械振动的影响。 ④ 磁场的影响。 2.引起频率变化的内部因素： ① 激光管内充气压比例不同，气压、放电电流变化引起频率 变化。 ② 由于原子自发辐射造成的无规则噪声影响到频率。
稳定度： 稳频最关心的是稳定度。要提高频率的稳定度，希望频率微小的 变化就能产生大的可以分辨的误差讯号dI，即要求 dI / d 大--灵 敏度高。 ①凹陷的深度越大，dI大，则 dI / d 大。 一般要求凹陷的深度大约等于输出光强1/8，稳定性好。 增加深度的办法：a.降低腔内损耗－降低阈值。b.提高信号增益， 可以调节放电电流，使工作在最佳状态。 ②要求凹陷线型对称。 这样在 0 的两侧 dI / d 相同。如果两侧误差讯号不对称，小的 一侧dI小，灵敏度小。 ③ 利用蓝姆凹陷稳频最高可达s-1＝10-9。漂移再现性误差 R＝10-7。稳定度和再现性受到限制。
饱和吸收稳频
反蓝姆凹陷稳频： 1.反蓝姆凹陷：蓝姆凹陷是在中心频率处输出功率出现凹陷。反 蓝姆凹陷是在中心频率处输出功率出现尖峰。 反蓝姆凹陷主要在激光器中加入饱和介质，利用吸收介质的饱和 吸收特性来形成的。 2.结构原理：在结构上除了在激光腔内加一饱和吸收介质以外， 其他和蓝姆凹陷的结构完全相同。 稳频时，以 为标准频率，在 0 处输出的光强为I0。当频率偏离 0 时，输出的光强得到误差信号，通过电路系统的处理，改变压电 0 陶瓷上加的直流电压控制腔长 L使 → 0 。 3.稳定度：s-1＝10-13比双频提高三个数量级10-10、10-9。复现性R ＝10-12 比双频蓝姆R＝10-7高的多。
激光强度的稳定
稳频实质是稳定腔长，而在稳频中通过激光输出光 强的变化作误差信号－通过电路的处理控制腔长从 而达到稳频的目的。 为了达到稳频的目的，要求激光输出的强度除了频 率的漂移造成的光强度变化之外，其他因素造成的 光强变化应该尽力避免。如放电电流、电压变化造 成的光强变化，否则干扰频率的稳定－甚至无法稳 频。 为了排除其他因素造成的激光强度变化采取的措施： 1.激光器的电源加稳压稳流装置。激光强度稳定到n％ 2.采用稳定激光强度控制装置。
塞曼效应稳频
塞曼效应： 1.定义：在磁场的作用下，光谱线发生分裂的现象。 2.稳频原理：由于原子谱线在磁场的作用下发生分裂， 因此利用V左、V右光强差别来进行稳频。 原理：利用塞曼分裂后左、右旋光增益曲线的交点 0 作为标准频率，当 偏离 0 时，根据V左、V右光强的变 化做误差讯号，利用电路反馈系统控制激光器腔长， 使 - 0 =0。 结构：①激光器-反射镜加到压电陶瓷上。②电光晶体。 ③P-检偏器 ④电路系统－给出偏差电压dv。⑤光电转 换装置。
3.工作过程： 在激光器上加磁场以后，由于塞曼效应，输出的左旋光和 右旋光进入电光调制器。 电光调制器上加一交变的电压,由于在电光晶体上加频率为 f的调制电压，因此在光电接收器上收到的是一个周期变化的频 率为f的调制光。合成光强的大小和相位输出一直流电压去控制 压电陶瓷使L变化达到稳频。 稳频关键是左右旋光强的大小，即是激光振荡的频率是否偏 离及偏离多少，只要偏离，则左右旋光有差别，则合成光的大 小、相位改变可以鉴别出来 － 灵敏度比蓝姆凹陷高。 稳定度：s-1＝10-10比蓝姆凹陷高一个数量级,由于 0有漂移， 受放电条件的影响R＝10-7。再现性差，稳定受到限制。
第六章 稳频技术
激光技术及控制基础
第六章
稳频技术
基本概念 稳频方法
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述
稳频目的：使频率本身稳定，即不随时间、地点变化， 稳频是实际的要求。 频率的稳定性和复现性 1.频率的稳定性 激光器连续运转时，在一定的时间间隔内平均频率 v 与该时间内频率的变化量 v之比，用s表示。 2.频率的复现性 激光器在不同的时间、地点等条件下频率重复或再 现的精度，用R表示。 结论：频率稳定性表示激光频率在平均频率附近的漂 移，频率的再现性表示平均频率本身的变化。
3.工作过程：
dI是极重要的参量，叫误差信号。它是由激光器输出的 光强和标准频率 输出的光强比较得到的信号。 不同I不 同，可用曲线的斜率 dI / d 表示。 dI的大小表明 d 的大小，相位表明 偏离 0的方向。
dI由在压电陶瓷上加一调制电压得到，加一直流偏压和 频率为f的调制电压。 加偏压的目的是在工作前调整激光器的振荡频率为凹 陷的中心频率 ，因为标准频率并不是固定不变的。 加调制电压的目的是给出dI的大小和方向，对光强进 行低频调制。
蓝姆凹陷稳频
稳频原理： 1.蓝姆凹陷：对非均匀加宽激光介质，激光器输出的 功率（或光强）在中心频率处最小。
2.结构和原理：
主要由三部分组成： ①单纵模激光器。其中一块反射镜固定在压电陶瓷上， 利用压电陶瓷的伸缩来调整腔长L。 ②光探测器。利用光电转换装置，将光信号转变为电 信号－ 作为电路的信号。 ③电路系统。将误差讯号转成一直流电压加到压电陶 瓷上，以改变腔长。
稳频的一般原理： 稳频的实质：保持n、L不变。 1.稳频的原理:采用负反馈电路控制稳频技术。选取一个稳定的 参考标准频率，当外界影响使激光频率偏离标准频率时，鉴频器 给出误差讯号,通过负反馈电路去控制腔长，使激光频率自动回 到标准频率上。 2.鉴频器：是稳频的关键部件。 ①任务：a.提供标准频率。b.频率鉴别：当激光器振荡频率 偏离标准频率时，能够鉴别出来。 ②对鉴频器的要求：a.中心频率要稳定，标准频率不能有漂 移。b.灵敏度要高，微小变化能鉴别。 ③ 鉴频器的类型：以原子谱线本身作为鉴频器以外界标准 频率做鉴频器