[发明专利]基于环形谐振腔游标效应以提高频率差或波长差测量精度的方法

摘要

本发明为一种基于环形谐振腔游标效应以提高频率差或波长差测量精度的方法，具体是基于环形谐振腔的谐振原理，选取两个自由频谱宽度FSR不同的谐振腔，通过改变其光程差，得到符合游标卡尺原理的两个透射谱线，以其中一个作为标尺频谱，另一个作为游尺频谱，当满足谐振频段相同且FSR个数差值为1时，根据差值等分测量原理，可以实现对光谱学中频率差或波长差的精确测量。本发明方法步骤简单、操作容易、测量结果准确，极大的提高了光谱学中频率差或波长差的测量精度，可为基于高精度频率差的温度、压力传感器等的研究提供一种有效的方案。

主权项

一种基于环形谐振腔游标效应以提高频率差或波长差测量精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）选取两个相同的光纤环形谐振腔：第一光纤环形谐振腔和第二光纤环形谐振腔；假设第一光纤环形谐振腔的自由频谱宽度FSR1和第二光纤环形谐振腔的自由频谱宽度FSR2不相同，并且第一环形谐振腔的频谱和第二光纤环形谐振腔的频谱在相同的频段内满足两端谐振点对齐时第一光纤环形谐振腔的自由频谱宽度FSR1的个数比第二光纤环形谐振腔的自由频谱宽度FSR2的个数少1个，设第二光纤环形谐振腔的自由频谱宽度FSR2的个数为n个，则第一光纤环形谐振腔的自由频谱宽度FSR1的个数为（n‑1）个，所以有（n‑1）·FSR1=n ·FSR2；2）通过示波器或频谱仪精确测出第一光纤环形谐振腔的自由频谱宽度FSR1的值，则第二光纤环形谐振腔的自由频谱宽度FSR2的值为：FSR2=[（n‑1）/n]·FSR1,测量精度为：△k= FSR1‑ FSR2= FSR1/n，然后再根据公式：FSR=c/（neff·L），式中c为光速、取3×108m/s，neff为有效折射率是常数、取1.45，进而计算出应设计的第二光纤环形谐振腔的腔长L 2：L 2= c/（neff·FSR2）；第二光纤环形谐振腔的腔长L 2按设计结果设计好后，第一环形谐振腔的频谱和第二环形谐振腔的频谱就能基于游标卡尺测量原理对频率差或波长差进行精确测量，其中，第一环形谐振腔的频谱作为标尺频谱、第二光纤环形谐振腔的频谱作为游尺频谱、第一环形谐振腔的频谱和第二环形谐振腔的频谱在相同频段内端部的第一个对齐谐振点为起始零点进行读数；3）改变第二环形谐振腔的外界环境，使得第二光纤环形谐振腔的频谱相对于第一光纤环形谐振腔的频谱进行移动，待第二光纤环形谐振腔的频谱移动完毕后即可进行读数：在作为标尺频谱的第一环形谐振腔的频谱上读出整数部分S1，在作为游尺频谱的第二光纤环形谐振腔的频谱上读出小数部分S2，则第二光纤环形谐振腔的频谱移动的精确距离，即第二光纤环形谐振腔频谱的频率差或波长差为：S= S1+ S2=x·FSR1+（m‑1）·△k，式中x表示第一环形谐振腔频谱上FSR1的整数个数、m表示第二光纤环形谐振腔频谱上第m条谱线与第一环形谐振腔频谱上的谱线对齐。