激光器的稳频教学文案.ppt

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1、激光器的稳频1影响频率稳定的因素共焦腔TEM00模，谐振频率的公式：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及折射率都在一定范围内变化,当L的变化为L，的变化为时，引起的频率相对变化为：一个管壁材料为硬玻璃的内腔式氦氖激光器,当温度漂移±1℃时,由于腔长变化引起的频率漂移已超出增益曲线范围。腔长变化、折射率变化都是影响频率稳定的因素1.温度变化的影响环境温度的起伏或者是激光管工作时发热，都会使腔材料随着温度的改变

2、而伸缩，以致引起频率的漂移，即式中，△T为温度的变化量；α为谐振腔间隔材料的线膨胀系数，硬质玻璃α=10-5/0C，石英玻璃α=6×10-7/0C，殷钢α=9×10-7/0C。一般难以获得优于10-8的频率稳定度。2.大气变化的影响对于外腔式激光器，设谐振腔长为L，放电管长度为L0，则暴露在大气中部分的相对长度为(L-L0)/L，大气的温度、气压、湿度的变化都会引起大气折射率的变化，从而导致激光振荡频率的变动。设环境温度T=200C，气压p=1.013×105Pa，湿度H=1.133kPa,则大气对633nm波长光的折射率变化系数分别为又设测量中温度、气压及湿度的时间变化

3、率分别为则引起激光波长的变动分别为式中，τ为测量时间，对示波器τ=3~5s，对XY记录τ≤1min。机械振动也是导致光腔谐振频率变化的重要因素。如建筑物的振动、车辆的通行、声响等都会引起腔的支架振动,使腔的光学长度改变,导致振荡频率的漂移；3.机械振动的影响对于L=100cm的光腔，当机械振动引起10-6cm的腔长改变时，频率将有1×10-8的变化。因此，要克服机械振动的影响，稳频激光器必须采取良好的防震措施。为了减小温度影响，激光谐振腔间隔器多采用殷钢材料制成，但殷钢的磁致伸缩性质可能引起腔长的变化，如1.15μm波长的He-Ne激光器，仅由于地磁场效应可以产生140k

4、Hz的频移。因而地磁场效应和周围电子仪器的散磁场对于高稳定激光器影响必须加以考虑。4.磁场的影响综上所述，环境温度的变化、机械振动等外界干扰对激光频率稳定性影响很大，因而自然联想到，最直接的稳频办法就是恒温、防震、密封隔声、稳定电源等。单频CO2激光器防震、恒温装置1.激光器2.减震器3.石英玻璃管4.铅筒(外绕加热丝)图所示的是一台CO2激光器的防震、恒温装置。它采用了恒温措施，温度可恒定在35±0.030C。为了防震，在所有部件之间都置有海绵垫，并将整个装置放在坚固稳定的防震台上；还采用了稳压稳流电源。实验证明，采用恒温度、防震装置后,CO2激光器的长期频率稳定度可达

5、到10-7量级。但要提高到量级10-8以上，单靠这种被动式稳频方法就很难达到了，必须采用伺服（随动，servo)控制系统对激光器进行自动控制稳频，即主动稳频的方法。2稳频方法概述稳频的实质：保持μ、L不变。一.被动式稳频利用热膨胀系数低的材料制做谐振腔的间隔器；或用膨胀系数为负值的材料和膨胀系数为正值的材料按一定长度配合。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。二.主动式稳频2.鉴频器：是稳频的关键部件。①任务：a.提供标准频率。

6、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。3兰姆凹陷法稳频—利用原子谱线中心频率为鉴别器进行稳频一、稳频原理：1.兰姆凹陷：对非均匀加宽激光介质，激光器输出的功率在中心频率处最小。2.结构和原理：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

7、腔长。兰姆凹陷法稳频激光器的基本结构当压电陶瓷外表面加正电压、内表面加负电压时压电陶瓷伸长,反之则缩短,因而可利用压电陶瓷的伸缩来控制腔长。二.腔长自动补偿系统的方框图前选频放大器只是对某一特定频率信号进行有选择性的放大与输出。相敏检波器的作用是将选频放大后的信号电压与参考信号电压进行相位比较。当选频放大信号为零时，相敏输出为零；当选频放大信号和参考信号同相位时，相敏输出的直流电压为负，反之则为正。振荡器除供给相敏检波器以参考信号电压外，还给出一个频率为f[(约为lkHz)、幅度很小(只有零点几伏)的交流讯号，称为“搜索讯号”