[发明专利]测量激光器线宽展宽因子α的方法有效

专利信息
申请号: 201810553187.6 申请日: 2018-05-31
公开(公告)号: CN108760236B 公开(公告)日: 2020-06-19
发明(设计)人: 吕亮;周俊峰;赵元坤;王晨辰 申请(专利权)人: 安徽大学
主分类号: G01M11/00 分类号: G01M11/00;G01M11/02
代理公司: 无锡市汇诚永信专利代理事务所(普通合伙) 32260 代理人: 张欢勇
地址: 230000 安徽省合肥*** 国省代码: 安徽;34
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摘要: 发明涉及激光干涉技术领域,具体为一种测量激光器线宽展宽因子α的方法,本发明基于三镜腔理论和L‑K速率方程理论,建立用于测量的含有反馈物的自混合系统,自混合系统包括激光器、光衰减器、振动目标、分束器、光电探测器和示波器,激光器出射的激光经光衰减器入射到振动目标的振动面上,经振动目标反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内,形成自混合信号,分束器将自混合信号分束到光电探测器上,光电探测器将自混合信号转为电信号后输出到示波器,通过对自混合信号进行分析,得出参量SR,F与激光器线宽展宽因子α、反馈因子C存在的对应关系,基于这种对应关系,从而实现对激光器线宽展宽因子α的测量。
搜索关键词: 测量 激光器 宽展 因子 方法
【主权项】:
1.一种测量激光器线宽展宽因子α的方法,其特征在于:测量系统为含有反馈物的自混合系统,具体包括:激光器、光衰减器、振动目标、分束器、光电探测器和示波器,振动目标能够发生振动且振动面具有反射结构,激光器为被测α值的激光器;具体测量方法为:激光器出射激光,激光经过光衰减器后入射到振动目标的振动面上,经反射结构反射后沿原路反馈回激光器谐振腔内,形成激光自混合信号,分束器将激光自混合信号分束到光电探测器上,光电探测器将激光自混合信号转化为电信号后输出到示波器,从示波器上实时观察到激光自混合信号,通过对获得的激光自混合信号进行归一化处理,提取特征参数并进行计算,即可获得测量系统中的激光器线宽展宽因子α的值,激光自混合信号的具体处理和计算方法如下:根据三镜腔理论模型和L‑K速率方程理论模型,可知激光自混合信号的功率方程和相位方程分别如式(1)和式(2)所示:φF(t)=φ0(t)‑Csin[φF(t)+arctan(α)]    (1)P(t)=P0[1+m·cos(φF(t))]    (2)G(t)=cos(φF(t))    (3)其中,φ0(t)和φF(t)分别是无反馈光和有反馈光时的激光器外腔相位,φ0(t)=ω0t,ω0为无反馈光时的外腔角频率,φF(t)=ωFt,ωF为有反馈光时的外腔角频率,t=2Lext/c,Lext为外腔长,c为真空中的光速,P(t)为有光反馈时的激光器输出光功率,P0为初始时激光器输出的光功率,m为调制系数,G(t)为归一化的自混合干涉功率输出方程,C为测量系统的反馈因子,α是激光器的线宽展宽因子;由激光自混合信号相位方程和功率方程可知,当反馈因子C>1时,有反馈时的激光器外腔相位φF(t)随着时间变化出现相位突变的现象,产生滞回现象,导致锯齿状的激光自混合信号出现功率跳变;对于激光自混合信号的图谱中,用PF,R和PF,F分别表示φ0(t)增大和减小时的激光自混合信号功率跳变点,tF,R和tF,F分别表示PF,R和PF,F相对于信号中心位置的时间差,tF,R'与tF,R大小相同,此处,用PF,R和PF,F间垂直长度表示激光自混合信号的功率跳变差ΔPR,F,用tF,R和tF,F间的差值表示功率跳变点处的相对时间差tR,F,T表示两条相邻条纹间的时间间隔,其对应的外腔相位变化为2π,ΔPR,F和功率跳变点处的相对时间差tR,F共同组成的几何区域,其面积SR,F与反馈因子C的和线宽展宽因子存在对应关系,因此,当反馈因子C为已知时,通过测量几何区域的面积SR,F,即可计算出线宽展宽因子α。
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