超穩(wěn)腔與超穩(wěn)激光器淺介

現(xiàn)代光學(xué)實(shí)驗(yàn)中需要頻率非常穩(wěn)定，線寬非常窄的激光。超穩(wěn)腔可以幫助實(shí)現(xiàn)這樣的目的。超穩(wěn)腔通過把激光頻率的穩(wěn)定性轉(zhuǎn)化到腔長的穩(wěn)定性上。鎖定在法布里-珀羅腔共振上的激光器可以在許多應(yīng)用中用作振蕩器。法布里-珀羅腔的共振頻率v由

ν = nc /2L

其中n是一個整數(shù)，c是光速，L是腔的長度。因此，腔穩(wěn)定激光器的頻率關(guān)鍵取決于腔的長度。溫度的變化，在腔內(nèi)耗散的光功率和機(jī)械力，都有助于腔長度的變化。要使用空腔來穩(wěn)定頻率，必須保持其長度恒定。這是通過降低外部干擾和使腔體本身對這種干擾不那么敏感來實(shí)現(xiàn)的。法布里-珀羅腔由一個墊片和卡在墊片兩端的兩個鏡子組成。為了有一個非常穩(wěn)定的頻率參考，反射鏡由相同的材料制成(具有極低的熱膨脹系數(shù))作為間隔，并在兩端光學(xué)接觸。迄今為止最成功的材料是ULE(超低膨脹率玻璃)，它在室溫下具有熱膨脹系數(shù)(~1 × 10?8K?1)。亞赫茲線寬激光器是通過將它們的頻率鎖定在這樣一個腔的模式上來構(gòu)造的。

一個超穩(wěn)腔實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻通常主要由如下部件構(gòu)成

1.F-P腔，腔兩面裝有ULE（超低膨脹玻璃）

2.真空室，容納F-P腔，給腔創(chuàng)造真空條件，這樣ULE腔所處的溫度才可以降到很低

3.離子泵，抽真空室，形成真空條件

4.溫度控制器，檢測和調(diào)節(jié)溫度

5.PDH穩(wěn)頻模塊，搭好的PDH 穩(wěn)頻光路。

這些器件相互配合在一起，通過穩(wěn)定腔長達(dá)到穩(wěn)定激光頻率的目的。

基于超穩(wěn)腔我們可以自己搭建穩(wěn)頻系統(tǒng)，當(dāng)然也可以使用搭建好的一套系統(tǒng)，SLS提供完整的穩(wěn)頻激光器系統(tǒng)。參考的參數(shù)如下（當(dāng)然可以定制各種參數(shù)，不限于這種）如果您有相關(guān)的需要，可以與我們昊量光電設(shè)備有限公司聯(lián)系。

我們可以定制波長，不限于1530-1565nm的波長，輸出功率也可以做到10-80mw之外功率。比如5mW和100Mw，阿倫方差可以小到負(fù)16次方量級，當(dāng)然這一切都取決于實(shí)際需要。

在這張圖中解釋下阿倫方差這個參數(shù)：

Allan方差（阿蘭方差或阿倫方差）則是將誤差序列在某個指定的時間尺度上的波動情況進(jìn)行精確提取，其具體計算步驟如下：

1.將整段誤差序列按照你感興趣的時間尺度的長度（例如1分鐘）進(jìn)行分塊；

2.每塊求平均值；

3.相鄰塊的平均值求差；

4.將所有差值進(jìn)行統(tǒng)計，得到其均方值，并乘以1/2。

這樣就得到了對應(yīng)于這個塊長度（1分鐘）的Allan方差值。（具體過程見下圖）

另外有些人會關(guān)心穩(wěn)頻的波長與線寬之間有何關(guān)系

線寬的表征單位可以用Hz與nm來表示。Hz和nm的換算關(guān)系如下：

頻率：v，光速：c，波長：λ

由以下關(guān)系：

（1）c=v*λ

（2）△v=c/(λ*λ) *△λ

（3）△x=c/△v

其中△v為用Hz表示的線寬，△λ為用nm表示的線寬。

如：波長1550nm的SLS1Hz穩(wěn)頻激光器，線寬用頻率（Hz）表示為1Hz，則換算成長度（nm）來表示為8.008×10-12nm。

具體計算過程如下：

△v=c/(λ*λ) *△λ

則1Hz=3×10e8m/s÷（1550nm×1550nm）×△λ

解得△λ=8.008×10-12nm

有些人用穩(wěn)定的波長來表示穩(wěn)定精度，有些用穩(wěn)定的線寬來表示。這樣就可以相互轉(zhuǎn)化，明確兩者的關(guān)系。

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審核編輯黃昊宇