[其他]一种测量激光束频率稳定度的方法

说明书

本发明属于激光技术领域。

目前国内外所惯用的测量激光束频率稳定度的外差法是将被测光源与计量标准样管差频，差频后的讯号经带宽为500兆赫-1000兆赫的放大器放大，然后输入频谱仪测出被测管的频率漂移，所用的计量标准样管的频率稳定度必须比被测管高几个数量级，并且国际上定期共同互验。例如目前中国计量科学研究院测量氦-氖激光器的频率稳定度所采用的方法就是一个典型的例子。它需要有一只和被测管相同波长由国际互验承认的计量标准样管，对不同类型、不同波长的激光器（如CO₂、固体、半导体激光器，波长为622、1.52μm的激光器等等），要测量它的频率稳定度都需要建立相应的计量标准样管。另外还需要有低噪声宽带放大器及频谱仪等这类价格昂贵的仪器，要建立所有的类型和波长的计量标准样管将是一件十分艰巨的工作，所以更不能被生产单位和使用单位所接受。

本发明运用了推导的频率漂移值和相位变化量成正比的关系式，且采用了曾用于测量激光输出光谱^〔1〕中的自外差技术和相位精密测量^〔2〕技术。

本发明的目的：在于提出一种不用计量标准样管测量被测激光器自身频率稳定度（或频率漂移）的方法。

本发明采用了自外差技术及相位计法来测量激光束的频率稳定度，其基本原理如下：

大家知道，光外差技术早在六十年代就被研究（Oliver，1961，Siegmanetal.，1964;Arams等人，1967）^〔3〕。当两光束具有相同的偏振方向，垂直入射，并且在光电探测器的整个光敏面上保持波阵面平行，两光束就产生混频，在适当的准直条件下，信号电场eL0]]>之和给出光的响应如下：

I∞（e_s+e_L0）²（1）

式中：e_s=E_s+cos（ω_s+φ_s）

e_LO=E_LOcos（ω_LOφ_LO）

混频后的光响应中包含有直流（ω_S-ωL0]]>〉）及更高的频率成分。由于光敏面频率响应有一个频率上限，所以对光频及高于（ω_S-）频率的变化不能响应。因此，光电倍增管输出的交流讯号只能是两光束的差频信号如下：

（2）

式中g为混频增益。

从上式可知输出的电讯号i_TF携带了两光束的相位信息，相位差为

两光束的相位差和光程差有如下的关系：

ψ/2π＝L-Aλ/λ（3）

式中L为两光束的光程差，A为正整数，并且有（L-A）＜λ。λ为激光束波长。为两光束的相位差。

上式整理后得：

ψ＝2π（L/λ-A）

对上式微分得：

dψ＝2π/λ²αL-2πL/λ²·xλ

当L固定不变时，只考虑激光管频率漂移时相位产生的影响，则可写成下式：

Δψ＝-2/λ²·Δλ（5）

由于f＝c/λ，c-光速

df/f＝-dλ/λ（6）

因此

Δψ＝2/λ²·Δf/f（7）

或

Δψ＝2/λ²·Δf（8）

令Δψ以度为单位：K＝λ/360°·L;K′＝C/360°·L，

则可得下式：

Δf/f＝K·Δψ（9）

或Δf＝K′·Δψ（10）