[发明专利]一种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器线宽测量方法有效

专利信息
申请号: 201010256391.5 申请日: 2010-08-17
公开(公告)号: CN101949688A 公开(公告)日: 2011-01-19
发明(设计)人: 李斌成;曲哲超;刘卫静;韩艳玲 申请(专利权)人: 中国科学院光电技术研究所
主分类号: G01B11/02 分类号: G01B11/02
代理公司: 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 代理人: 卢纪
地址: 610209 *** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 光腔衰荡 光谱 技术 调谐 激光器 测量方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种用于测量激光器输出谱线宽度的方法,特别涉及一种测量波长可调谐激光器输出谱线宽度的方法。

背景技术

随着激光技术的发展,激光器在生物医学、微加工、相干检测、光通信高精细光谱等许多领域都有着十分重要的应用,而且在许多情况下都对激光器的谱线宽度特性有着十分严格的要求,如在准分子激光光刻、光纤干涉测速,痕量气体检测系统中,激光器的线宽特性对整个系统的性能起着决定性的作用。因此,对激光器线宽进行测量是一项十分有意义的工作。

传统的测量激光器线宽的仪器有光谱仪和法布里-泊罗干涉仪。这两种仪器虽然在技术上比较成熟,但也具有明显的缺点。例如:光路搭建繁琐,需反复调试;结构庞大,且误差较大;最关键的是,近年来由于激光技术的发展,,所用激光器的线宽越来越窄,而上述这两种测量系统的精度和分辨率很难满足要求,对于这类窄激光线宽的测量成为一个新的挑战。

日本的Okoshi T等人提出的延时自外差拍频法激光器线宽测量系统(OkoshiT,KikuehiK,and Nakayama A,Novel method for high resolution measurement of laser out Putspectrum,Electron.Lett.16,(630-631)1980)及“基于光纤延时自外差法的测量窄线宽激光器线宽装置及其测量方法”(中国专利申请号200710178384.6,公开号CN101201243A,公开日期2008年6月18日)提供了一种使用自外差法测量窄线宽激光器的线宽,测量办法就是基于光纤延时自外差法的原理,干涉产生拍频,然后通过频谱分析仪测量拍频宽度,从而就可以得到待测激光的线宽。自差干涉法可以用来分辨1KHz的激光线宽,但该方法需要一个复杂且昂贵的系统,其中包括很长的一段单模光纤、一个声光调制器、两个光纤耦合器以及频谱分析仪等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是:克服现有激光器谱线宽度测量技术的不足,提供一种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器线宽的测量方法,具有测量灵敏度高,结构简单,成本低廉且适用于各个波段可调谐激光器线宽的测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于光腔衰荡光谱技术的激光器线宽测量方法,被测激光入射到由两平凹高反射镜构成的稳定的光学谐振腔,部分光能耦合进入腔内,在两个高反射镜之间来回反射,每一次循环,腔内光能量都会由于腔镜透射和腔内气体吸收而减小,其随时间以指数形式衰减,衰荡时间可表示为:即衰荡腔总损耗减去腔镜的损耗,其中L为衰荡腔长,c为光速,R为平凹高反射镜的反射率,σ(λ)为气体对波长为λ光的吸收系数。由此可以看出,不同波长的气体吸收系数不同,导致衰荡时间不同,就可得到一个气体吸收光谱曲线,该曲线是激光器输出频谱函数与腔内气体吸收频谱函数的卷积。

具体实现步骤如下:

(1)密闭样品池的两端安装两块相同的、凹面镀高反膜的平凹高反镜,高反射率波段覆盖可调谐激光器波长调谐范围,凹面相对构成稳定的衰荡腔;

(2)选择一种在所测可调谐激光器输出波段内有较强吸收谱线的气体,并将其充入密闭的衰荡腔;

(3)可调谐激光器光束准直后从一平凹高反镜进入衰荡腔,在衰荡腔内来回反射,部分激光束从另一平凹高反镜输出,经聚焦透镜聚焦到探测器上,由探测器得到光腔输出信号;

(4)根据可调谐激光器的输出谱波段及线宽范围选定测量波段及波长扫描步长,调谐可调谐激光器输出波长,探测衰荡腔输出信号按照单指数衰减函数拟合计算衰荡时间,得到各波长λ下的衰荡时间τ(λ)。根据不同入射波长处所得衰荡时间,利用公式得到不同波长处气体的吸收损耗,从而得到气体吸收光谱曲线,即腔内气体吸收损耗σ(λ)与激光波长λ或激光频率v的关系曲线G(v,Δv1);

(5)通过数据处理将所测得的气体吸收谱线G(v,Δv1)与HITRAN(High-resolutionTransmission Database)数据库中所给的气体吸收谱线F(v,Δv2)解卷积,由于G(v,Δv1)=F(v,Δv2)*H(v,Δv0)(*代表卷积)因此通过解卷积得到激光器输出光谱谱线形状H(v,Δv0),进而得到谱线宽度Δv0

所述的激光器输出波长在一定波段内可调。

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