光电子技术稳频激光器

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1、东北石油大学课程设计课程光电子技术基础题目稳频激光器的设计院系电子科学学院专业班级电子08-1学生姓名白宇峰学生学号080901240125指导教师2012年3月9日东北石油大学课程设计任务书课程光电子技术基础课程设计题目稳频激光器的设计专业电子科学与技术姓名白宇峰学号080901240125主要内容、基本要求、主要参考资料等1、主要内容：根据激光技术中稳频技术的理论，从激光原理出发设计一个稳频激光器。2、基本要求要求在论文中写出激光稳频的工作原理和主要的稳频方法。2、参考文献：[1]王雨三，张中华，林殿阳编著，光电子学原理与应用，哈尔滨工业大学出版社，2004年[

2、2]安毓英，刘继芳，李庆辉编著，光电子技术，电子工业出版社，2003年[3]缪家鼎，徐文娟，牟同升编著，光电技术，浙江大学出版社，2004年完成期限2012.2.27~2012.3.2指导教师专业负责人年月日第1章概述世界上第一个激光器的成功演示距今已经40余年了。40余年来，激光科学技术以其强大的生命力谱写了一部典型的学科交叉的创造发明史。激光的应用已经遍及科技、经济、军事和社会发展的许多领域，远远超出了40余年前人们原有的预想。20世纪50年代初，电子学、微波技术的应用提出了将无线电技术从微波推向光波的需求。这就需要一种能像微波振荡器一样地产生可以被控制的光波的

3、振荡器，即激光器。激光器的普遍应用标志着激光学科以及与激光密切相关的光子学正在孕育着突破性进展，从各个角度看激光的未来发展充满着巨大的机遇、挑战和创新空间。激光的一些特性及影响激光的特点之一是单色性好，即其线宽Δν与频率ν的比值Δν/ν很小。自发辐射噪声引起的激光线宽极限确实很小，但由于各种不稳定因素的影响，实际激光频率的漂移远远大于线宽极限。在精密干涉测量、光频标、光通信、激光陀螺及精密光谱研究等应用领域中，需要频率稳定的激光。当谐振腔内折射率均匀时，单纵模横模激光器的纵模频率νq为环境温度的起伏、激光管的发热及机械振动都会引起谐振腔几何长度的改变。温度的变化、介

4、质中反转集居数的起伏以及大气的气压、湿度变化都会影响激光工作物质及谐振腔裸露于大气部分的折射率。以上因素使腔长L及折射率η都在一定范围ΔL、Δη内变化，因此频率νq也在Δν范围内漂移。Δν可表示为通常定义频率稳定性来描述激光器的频率稳定特性，它表示在某一测量时间间隔内频率的漂移量与频率的平均值之比。一个管壁材料为硬玻璃的内腔式氦氖激光器，当温度漂移时，由于腔长变化引起的频率漂移已超出增益曲线范围。因此，在不加任何稳频措施时，单纵模氦氖激光器的频率稳定性为因而在计量等技术应用中，必须采用稳频技术以改善激光器的频率稳定性。为了改善频率稳定性通常采用电子伺服控制激光频率，

5、当激光频率偏离标准频率时，鉴频器给出误差信号控制腔长，使激光频率自动回到标准频率上。稳频通常所说的频率稳定特性包含着频率稳定性及频率复现性两个方面。频率稳定性描述激光频率在参考标准频率νs附近的漂移，而频率复现性则是指参考标准频率νs本身的变化。例如这一台激光器与另一台激光器参考标准频率的不同，同一台激光器这一工作期间和另一工作期间参考标准频率的变化。设参考标准频率νs的最大偏移量为，则频率复现性以度量。当激光器应用于计量标准时，频率复现性也是影响精度的重要参量。第1章基本原理与总体设计在激光精密计量、激光通信、高分辨光谱学等应用领域中，不仅要求激光是单品的，而且要

6、求频率具有一定的稳定性。对于普通自由运转的激光器，因为受到工作环境条件等影响，激光器输出频率往往是不稳定的，是以个随时间变化的无规律的起伏量。要使激光频率稳定，就要利用各种稳频技术。稳频原理与总体设计一个普通自由运转的激光器，振荡频率可在原子谱线宽度范围内漂移。例如He-Ne激光器，设其多普勒线宽ΔνD=1.5×109Hz，激光频率为ν=4.7×1014Hz，则它的稳定度为ΔνD/ν≈10-6量级，这对于精密测量来说是很不够的，因此要对其采取稳频措施。稳频方法分为被动稳频方法和主动稳频方法两大类。被动稳频不采用人为伺服控制，而是尽量将激光器与变化的外界环境隔离开来，

7、如恒温、防震、选取小膨胀系数材料、采用稳压稳流电源等，可以减小外界环境对激光器的扰动。这种稳频方法结构简单，使用方便，但稳定度不高，一般只能达到10-7，提高到10-8都很困难。主动稳频是采用人为伺服控制的方法，其主要思想是，选取一个稳定的参考标准频率，采用电子学中伺服回路技术奖激光器频率锁定在这一频率上。主动稳频很容易实现10-8以上的稳定度，目前已有10-14的报导。主动稳频的方法很多，对于不同类型、不同运转方式的激光器，采用的方法也不同，如He-Ne激光器，常采用兰姆凹陷法、饱和吸收法、塞曼效应法进行稳频，下面只介绍兰姆凹陷方法。兰姆凹陷稳频兰姆凹陷稳频法