光電子技術(shù)穩(wěn)頻激光器

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1、東北石油大學(xué)課程設(shè)計課程光電子技術(shù)基礎(chǔ)題目穩(wěn)頻激光器的設(shè)計院系電子科學(xué)學(xué)院專業(yè)班級電子08-1學(xué)生姓名白宇峰學(xué)生學(xué)號080901240125指導(dǎo)教師2012年3月9日東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程光電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計題目穩(wěn)頻激光器的設(shè)計專業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)姓名白宇峰學(xué)號080901240125主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等1、主要內(nèi)容：根據(jù)激光技術(shù)中穩(wěn)頻技術(shù)的理論，從激光原理出發(fā)設(shè)計一個穩(wěn)頻激光器。2、基本要求要求在論文中寫出激光穩(wěn)頻的工作原理和主要的穩(wěn)頻方法。2、參考文獻(xiàn)：[1]王雨三，張中華，林殿陽編著，光電子學(xué)原理與應(yīng)用，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004年[

2、2]安毓英，劉繼芳，李慶輝編著，光電子技術(shù)，電子工業(yè)出版社，2003年[3]繆家鼎，徐文娟，牟同升編著，光電技術(shù)，浙江大學(xué)出版社，2004年完成期限2012.2.27~2012.3.2指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人年月日第1章概述世界上第一個激光器的成功演示距今已經(jīng)40余年了。40余年來，激光科學(xué)技術(shù)以其強(qiáng)大的生命力譜寫了一部典型的學(xué)科交叉的創(chuàng)造發(fā)明史。激光的應(yīng)用已經(jīng)遍及科技、經(jīng)濟(jì)、軍事和社會發(fā)展的許多領(lǐng)域，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了40余年前人們原有的預(yù)想。20世紀(jì)50年代初，電子學(xué)、微波技術(shù)的應(yīng)用提出了將無線電技術(shù)從微波推向光波的需求。這就需要一種能像微波振蕩器一樣地產(chǎn)生可以被控制的光波的

3、振蕩器，即激光器。激光器的普遍應(yīng)用標(biāo)志著激光學(xué)科以及與激光密切相關(guān)的光子學(xué)正在孕育著突破性進(jìn)展，從各個角度看激光的未來發(fā)展充滿著巨大的機(jī)遇、挑戰(zhàn)和創(chuàng)新空間。激光的一些特性及影響激光的特點(diǎn)之一是單色性好，即其線寬Δν與頻率ν的比值Δν/ν很小。自發(fā)輻射噪聲引起的激光線寬極限確實(shí)很小，但由于各種不穩(wěn)定因素的影響，實(shí)際激光頻率的漂移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于線寬極限。在精密干涉測量、光頻標(biāo)、光通信、激光陀螺及精密光譜研究等應(yīng)用領(lǐng)域中，需要頻率穩(wěn)定的激光。當(dāng)諧振腔內(nèi)折射率均勻時，單縱模橫模激光器的縱模頻率νq為環(huán)境溫度的起伏、激光管的發(fā)熱及機(jī)械振動都會引起諧振腔幾何長度的改變。溫度的變化、介

4、質(zhì)中反轉(zhuǎn)集居數(shù)的起伏以及大氣的氣壓、濕度變化都會影響激光工作物質(zhì)及諧振腔裸露于大氣部分的折射率。以上因素使腔長L及折射率η都在一定范圍ΔL、Δη內(nèi)變化，因此頻率νq也在Δν范圍內(nèi)漂移。Δν可表示為通常定義頻率穩(wěn)定性來描述激光器的頻率穩(wěn)定特性，它表示在某一測量時間間隔內(nèi)頻率的漂移量與頻率的平均值之比。一個管壁材料為硬玻璃的內(nèi)腔式氦氖激光器，當(dāng)溫度漂移時，由于腔長變化引起的頻率漂移已超出增益曲線范圍。因此，在不加任何穩(wěn)頻措施時，單縱模氦氖激光器的頻率穩(wěn)定性為因而在計量等技術(shù)應(yīng)用中，必須采用穩(wěn)頻技術(shù)以改善激光器的頻率穩(wěn)定性。為了改善頻率穩(wěn)定性通常采用電子伺服控制激光頻率，

5、當(dāng)激光頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)頻率時，鑒頻器給出誤差信號控制腔長，使激光頻率自動回到標(biāo)準(zhǔn)頻率上。穩(wěn)頻通常所說的頻率穩(wěn)定特性包含著頻率穩(wěn)定性及頻率復(fù)現(xiàn)性兩個方面。頻率穩(wěn)定性描述激光頻率在參考標(biāo)準(zhǔn)頻率νs附近的漂移，而頻率復(fù)現(xiàn)性則是指參考標(biāo)準(zhǔn)頻率νs本身的變化。例如這一臺激光器與另一臺激光器參考標(biāo)準(zhǔn)頻率的不同，同一臺激光器這一工作期間和另一工作期間參考標(biāo)準(zhǔn)頻率的變化。設(shè)參考標(biāo)準(zhǔn)頻率νs的最大偏移量為，則頻率復(fù)現(xiàn)性以度量。當(dāng)激光器應(yīng)用于計量標(biāo)準(zhǔn)時，頻率復(fù)現(xiàn)性也是影響精度的重要參量。第1章基本原理與總體設(shè)計在激光精密計量、激光通信、高分辨光譜學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域中，不僅要求激光是單品的，而且要

6、求頻率具有一定的穩(wěn)定性。對于普通自由運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器，因?yàn)槭艿焦ぷ鳝h(huán)境條件等影響，激光器輸出頻率往往是不穩(wěn)定的，是以個隨時間變化的無規(guī)律的起伏量。要使激光頻率穩(wěn)定，就要利用各種穩(wěn)頻技術(shù)。穩(wěn)頻原理與總體設(shè)計一個普通自由運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器，振蕩頻率可在原子譜線寬度范圍內(nèi)漂移。例如He-Ne激光器，設(shè)其多普勒線寬ΔνD=1.5×109Hz，激光頻率為ν=4.7×1014Hz，則它的穩(wěn)定度為ΔνD/ν≈10-6量級，這對于精密測量來說是很不夠的，因此要對其采取穩(wěn)頻措施。穩(wěn)頻方法分為被動穩(wěn)頻方法和主動穩(wěn)頻方法兩大類。被動穩(wěn)頻不采用人為伺服控制，而是盡量將激光器與變化的外界環(huán)境隔離開來，

7、如恒溫、防震、選取小膨脹系數(shù)材料、采用穩(wěn)壓穩(wěn)流電源等，可以減小外界環(huán)境對激光器的擾動。這種穩(wěn)頻方法結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但穩(wěn)定度不高，一般只能達(dá)到10-7，提高到10-8都很困難。主動穩(wěn)頻是采用人為伺服控制的方法，其主要思想是，選取一個穩(wěn)定的參考標(biāo)準(zhǔn)頻率，采用電子學(xué)中伺服回路技術(shù)獎激光器頻率鎖定在這一頻率上。主動穩(wěn)頻很容易實(shí)現(xiàn)10-8以上的穩(wěn)定度，目前已有10-14的報導(dǎo)。主動穩(wěn)頻的方法很多，對于不同類型、不同運(yùn)轉(zhuǎn)方式的激光器，采用的方法也不同，如He-Ne激光器，常采用蘭姆凹陷法、飽和吸收法、塞曼效應(yīng)法進(jìn)行穩(wěn)頻，下面只介紹蘭姆凹陷方法。蘭姆凹陷穩(wěn)頻蘭姆凹陷穩(wěn)頻法