相移光腔衰荡高反射率测量中的拟合方法.pdfVIP

维普资讯 第 19卷 第 8期 强 激 光 与 粒 子 束 VoI．19。No．8 2007年 8月 HIGH POW ER LASER AND PARTICLE BEAM S Aug．，2007 文章编号 ： lOOl一4322(2007)08—1287—04 相移光腔衰荡高反射率测量中的拟合方法 龚 元 ， 李斌成 (1．中国科学 院 光 电技术研究所 ，成都 610209I 2．中国科学 院 研究生院，北京 100039) 摘 要： 分析了相移光腔衰荡技术中由锁相放大器探测光腔输出信号一次谐波的振幅和相位随调制频 率的变化曲线。拟合结果发现，联合幅频和相频曲线构造同时含有振幅和相位信息的均方差拟合函数，不同频 率拟合范围得到的衰荡时间平均值为0．791 s，最大误差由分别用幅频或相频曲线拟合得到的衰荡时间误差 的8 减小到 1．3 ，均方差仅为 0．5 。通过在拟合函数 中加入系统响应时间、系统初始相位等参数 ，避免了 相移光腔衰荡中直腔实验时测量系统频率响应曲线，提高了测量精度。 关键词 ： 相移光腔衰荡； 高反射率； 均方差； 衰荡时间； 响应时间 中图分类号 ： TN247 文献标识码 ： A 近年来 ，高反射率光学薄膜在高功率激光系统、激光陀螺及引力波测量等领域得到了越来越广泛 的应用。 而光腔衰荡(CRD)技术是 目前精确测量高反镜反射率的主要方法[1 。在 国内，脉冲光腔衰荡技术[1]得到 了 广泛的应用。易亨瑜等 分析 了探测器响应特性对光腔衰荡法测量结果 的影响，并对衰荡腔失调进行 了深入 的研究。陈红兵等 。研究了脉冲光腔衰荡法中的复杂模拍效应 。任刚等[g分析了腔镜高反射率测量系统 的可 靠性。李利平等n叩利用不同扫描速度下的腔衰减振荡信号测量了超高精细度谐振腔中的低损耗。基于高反 镜在激光陀螺中的重要应用 ，梁永辉[1妇研究了调幅光波法和时间衰减法测量高反射率 。 文献[12]采用强度方波调制的宽谱半导体激光器作光源，分别 由幅频或相频曲线拟合得到衰荡时间，再由 一 系列衰荡时间统计平均得到830rim 附近腔镜反射率结果。文献[13]在此基础上进行了折叠腔实验 ，并在 数据处理上消除了系统响应的影响，通过多参数拟合 同时确定腔镜和待测平面镜的反射率 。本文在文献[12— 13]的基础上 ，分析了选择不同的频率拟合范围对测量结果的影响。结果表明，当选择不同的频率拟合范围时， 分别 由幅频或相频 曲线拟合得到的衰荡时间存在较大误差 ，最大可达 8 。通过联合幅频和相频 曲线构造 同 时含有振幅和相位项的拟合误差函数，使不同的频率拟合范围拟合得到的衰荡时间结果一致，误差减小到约 1％。另外 ，通过改进拟合方法 ，避免 了测量系统频率响应曲线，而且可以同时确定腔镜反射率和系统响应时 间。 1 实验装置 装置示意 图如 图 1所示。光源为半导体激光器 (MellesGriot，中心波长 828rim)，由函数发生器方波 调制。望远系统使激光模式与衰荡腔的本征横模相匹 配。氦氖激光器辅助调节光路 。两块相同的平凹高反 射腔镜构成稳定腔，激光在腔 内来 回多次反射后 由Si 探测器接收 。由锁相放大器测量光腔输 出信号一次谐 波的振幅和相位随调制频率 的变化 曲线 。 RD teehni 。 2 测量结果及拟合方法 Fi PS-C 。 。 。 。 实验中，腔长为 70cm 时由锁相放大器记录的振 图1相移光腔衰荡高反射率测量装置示意图 幅和相位随调制频率的变化如图2所示 。若不考虑系 统响应时间的影响，则光腔输出信号一次谐波的振幅和相位随调制频率的变化 曲线满足 z] *