[发明专利]一种新型基于磁致旋光效应的波长计

说明书

技术领域

本发明涉及一种波长计，特别是一种新型基于磁致旋光效应的对激光波长实时测量的波长计。

背景技术

波长计用于激光波长的测量，某些激光器，如可调谐可以利用其调谐机构在很宽的波长范围内调节其输出光的波长，半导体激光器则在改变其工作温度和驱动电流时，其输出光的波长会发生改变，使用时应事先确定在适合的工作条件下的输出波长，大多数激光器在出厂和维修以后也必须对其输出波长进行重新标定。激光波长作为测量最基准值，是激光器性能测试的一项重要参数，被广泛应用于多种物理参数的测量，是精密计量、精密机械的重要测量参数，其在光频标研究领域中有着重要的作用。

干涉法是目前最广泛使用的测量激光波长的技术，基于干涉原理的波长计按干涉仪的结构分为斐索干涉型、法布里-泊罗干涉型和迈克尔逊干涉型。

文献王利强、左爱斌和彭月祥“光波长测量仪器的分类、原理及研究进展”(科技导报，2005，23(6)：31-33)说明了迈克尔逊干涉型波长计是基于迈克尔逊干涉原理，通过对比参考光和待测光的干涉条纹数量来测量待测光波长。待测光首先被分光镜分为两束光，接着通过移动导轨上的反射镜改变两束光的光程差，两束光汇合于分光镜的一点发生干涉，产生干涉条纹。为了消除反射镜移动距离L引起的测量误差，通常引入一个波长已知并且相对更稳定的激光作为参考光。参考光经过的光路与待测光保持一致，但由于波长不同，产生的干涉条纹数量是不一样的，当反射镜移动距离L时，参考激光产生的条纹数量为待测激光产生条纹数这样就得到待测光波长通过引入参考激光，迈克尔逊干涉型波长计的测量精度可以达到10^-6-10^-9，但是在成本和使用范围方面还有诸多不足：(1)参考激光一般选用单纵模的He-Ne激光器，其成本较高，寿命有限，费护成本高；(2)迈克尔逊干涉型波长计的精度受参考光与待测光光路准直度的影响，当振动、温度变化或部件老化使待测光和参考光的夹角过大，将引起二波长的行程误差，最终导致测量误差变大；(3)受原理所限，迈克尔逊干涉仪必须通过移动反射镜来产生干涉条纹亮暗变化，而机械运动部件的存在使得测量速度受到限制(较快的约200HZ，约5ms)，在一个激光脉冲持续的瞬间，棱镜几乎是静止的，读不到干涉条纹的变化，现有技术水平不能够测量窄脉冲光(ns量级)；(4)由于机械部件受温度和振动影响大，不宜在环境复杂的工作场所使用。

文献张铁军、陈方和许凤明“利用Fizeau干涉仪测量激光波长”(光学机械，1989，1，26-30)说明了斐索干涉型波长计是基于斐索干涉原理，斐索干涉的基本原理是光入射到楔形平板上，然后由楔形平板的两个不平行平面反射产生等厚干涉。斐索干涉型波长计中的斐索干涉仪一般由两个熔融石英光学平板和一楔形隔圈胶合而成，通过固定干涉腔两个内表面的间距和锲角，对斐索干涉仪的干涉条纹的宽度及初始相位进行测量来获得待测光波长。在光电二极管列阵上干涉图给定点的光强取决于从两表面反射的两光线投射在该点的相位差，该相位差是光由第二个表面反射所增加的光程。相位差引起的强度分布可表示为：干涉图周期φ为y＝0处的相位，锲角θ和斐索劈间距x₀已知，通过测量干涉条纹的周期可得到波长近似值，在光电二极管列阵上可获取零像元距第一个极小值间的距离PH，得到第一极小处的干涉级次N，最终可精确得到待测波长值。但是锲角θ和斐索劈间距x₀都会受温度影响，所以一般采用相对测量方法，即每次测量前用可精确知道波长的He-Ne激光对仪器x₀和θ进行修正。同样需要内置参考光源，因此仍存在成本高、寿命有限、需要设备费护等问题。

法布里-泊罗干涉型波长计是利用光束通过两块镀以高反射率、间距一定的玻璃板时产生多光束干涉的现象来测量脉冲或连续激光器的输出波长，同样也需要在F-P标准具测量系统中引入波长已知的参考光，对测量系统的参数校准。

迈克尔逊干涉型波长计相对于另外两种波长计具有更高的测量精度，在目前商用激光波长计中占有重要地位。但这几种波长计都需要参考激光器，因此在设备体积，复杂环境适用性，以及设备与费护成本上不占有优势。

发明内容

本发明的目的：在于提供一种新型基于磁致旋光效应的波长计，该波长计结构简单，不需要参考激光，体积小，能高速实时测量激光的波长。

本发明创造通过以下技术方案实现：