[其他]一種測量激光束頻率穩定度的方法

無效

• 申請號: 85100567
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100567B
• 公開（公告）日: 1987-12-30
• 發明（設計）人: 孫大有
• 申請（專利權）人: 南京工學院
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;H01S3/13
• 代理公司: 南京工學院專利事務所
• 代理人: 樓高潮

本發明屬于激光技術領域。

目前國內外所慣用的測量激光束頻率穩定度的外差法是將被測光源與計量標準樣管差頻，差頻后的訊號經帶寬為500兆赫-1000兆赫的放大器放大，然后輸入頻譜儀測出被測管的頻率漂移，所用的計量標準樣管的頻率穩定度必須比被測管高幾個數量級，并且國際上定期共同互驗。例如目前中國計量科學研究院測量氦-氖激光器的頻率穩定度所采用的方法就是一個典型的例子。它需要有一只和被測管相同波長由國際互驗承認的計量標準樣管，對不同類型、不同波長的激光器（如CO₂、固體、半導體激光器，波長為622、1.52μm的激光器等等），要測量它的頻率穩定度都需要建立相應的計量標準樣管。另外還需要有低噪聲寬帶放大器及頻譜儀等這類價格昂貴的儀器，要建立所有的類型和波長的計量標準樣管將是一件十分艱巨的工作，所以更不能被生產單位和使用單位所接受。

本發明運用了推導的頻率漂移值和相位變化量成正比的關系式，且采用了曾用于測量激光輸出光譜^〔1〕中的自外差技術和相位精密測量^〔2〕技術。

本發明的目的：在于提出一種不用計量標準樣管測量被測激光器自身頻率穩定度（或頻率漂移）的方法。

本發明采用了自外差技術及相位計法來測量激光束的頻率穩定度，其基本原理如下：

大家知道，光外差技術早在六十年代就被研究（Oliver，1961，Siegmanetal.，1964;Arams等人，1967）^〔3〕。當兩光束具有相同的偏振方向，垂直入射，并且在光電探測器的整個光敏面上保持波陣面平行，兩光束就產生混頻，在適當的準直條件下，信號電場eL0]]>之和給出光的響應如下：

I∞（e_s+e_L0）²（1）

式中：e_s=E_s+cos（ω_s+φ_s）

e_LO=E_LOcos（ω_LOφ_LO）

混頻后的光響應中包含有直流（ω_S-ωL0]]>〉）及更高的頻率成分。由于光敏面頻率響應有一個頻率上限，所以對光頻及高于（ω_S-）頻率的變化不能響應。因此，光電倍增管輸出的交流訊號只能是兩光束的差頻信號如下：

（2）

式中g為混頻增益。

從上式可知輸出的電訊號i_TF攜帶了兩光束的相位信息，相位差為

兩光束的相位差和光程差有如下的關系：

ψ/2π＝L-Aλ/λ（3）

式中L為兩光束的光程差，A為正整數，并且有（L-A）＜λ。λ為激光束波長。為兩光束的相位差。

上式整理后得：

ψ＝2π（L/λ-A）

對上式微分得：

dψ＝2π/λ²αL-2πL/λ²·xλ

當L固定不變時，只考慮激光管頻率漂移時相位產生的影響，則可寫成下式：

Δψ＝-2/λ²·Δλ（5）

由于f＝c/λ，c-光速

df/f＝-dλ/λ（6）

因此

Δψ＝2/λ²·Δf/f（7）

或

Δψ＝2/λ²·Δf（8）

令Δψ以度為單位：K＝λ/360°·L;K′＝C/360°·L，

則可得下式：

Δf/f＝K·Δψ（9）

或Δf＝K′·Δψ（10）