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光电子技术(2)(激光技术) 第六章 稳频技术 第六章 稳频技术 基本概念 稳频方法 概 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 与该时间内频率的变化量 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。 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 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。 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 表示。 dI的大小表明 的大小，相位表明 偏离 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。 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 大--灵敏度高。 ①凹陷的深度越大，dI大，则 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 的两侧 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。 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 作为标准频率，当 偏离 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。 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 有漂移，受放电条件的影响R＝10-7。再现性差，稳定受到限制。 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