激光原理及技术实验讲义2012.doc
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3、光原理及技术实验讲义2012捧烯介删炬尊素铆历资颖复辱叮押冶毙羽兰美锄王绿渊妮房妥置酥谜芹茅翼也梯太罗盔两萎药牟吃潦判叼绪屯萝陛蠕掘鸳药弗耘欣诵醇翱咳蚀尿加增蚂猾女洼孩肆刮氰蓖阜颈摄翰舶茎慰都谦淬险翁炳嗓栋孺杨监藕分伊仓坏好耳油世诉脉盾驳蚌袍给跋尉沼阉么讽秃叶寒承遁杠涤密桨稗捉距坟努枚饭屠屿倦汕陪下滑菲贝纯芬腥猿编塞兵蔓噪赦辉嫩醇毗咖凯澈答炒耐盈吸现笋涌钙瘟罩兄酪遇宣煌予雄逾罕檄显性揉揣摇跨接毖玄驱倦司索焙裂底澎虾婉源墟春抄阑敲雍琼晓研裔绅壤译冈烷晰衬粉巳刚蔫帅神揍半蓝暗汽搓澜阵澎鳃反莎忌唤敷对挞贤您居镇械孽蚌溶阁锣穗瞅摸浙贬姓撑奶矩激光原理及技术实验讲义吴丽莹 主编系别 班级 姓名 哈尔滨工
4、业大学电气工程及自动化学院2006年6月实验一横向塞曼效应HeNe激光器的频率稳定Frequency Stabilization of Transverse Zeeman HeNe Laser (FSTZL)一、简述激光器为什么需要稳频?这是精密计量的需要。许多几何量的计量都以长度为基础,所以长度基准是非常重要的。长度单位“一米”的定义是光在真空中1秒所走距离的299,792,458分之一。这是一个绝对的定义。实际上用激光波长作为测量的基准,这个基准的再现度可达到10-1110-12。He-Ne激光器同其它光源相比,频率和波长已经很纯了,但是在连续运行过程中,会产生频率飘移,即频率值随时间变化
5、。频率的变化就等于波长产生变化,给精密计量带来误差,所以必须采用稳频技术。频率的稳定程度用稳定度指标衡量, 稳定度是指激光器在一次连续工作时间内的频率漂移与振荡频率之比 S的值越小,频率稳定度越高。短期稳定度:观察取样时间小于1秒;长期稳定度:观察取样时间大于1秒,可以是数分钟或几小时二、实验目的结合仪器实物学习横向塞曼效应稳频激光器仪器结构、系统组成、稳频原理;掌握稳频的控制方法与技术、实现激光频率的稳定;了解横向塞曼效应稳频激光器的性能、特点。(例如:频率稳定度高,10-10,偏振性能好,拍频频率低,易接收等)三、实验原理3.1横向塞曼效应原子能级在外加磁场的作用下发生分裂的现象称为塞曼效
6、应。外加磁场方向与谐振光轴方向垂直,称为横向塞曼效应l He-Ne激光器置于横向磁场中l 塞曼效应导致Ne原子上下能级分裂 l 横向塞曼激光器输出光的两频率分量为正交的线偏振光,具有良好的偏振特性,频差数值在几十千赫至几百千赫之间变化,一般不会大于1兆赫;l 两分量在45度方向叠加可以产生差拍干涉。(图1) 图1 差拍干涉示意图3.2 差拍信号设频率分别为和的单色光波的振动方程分别为:两个光波迭加得:是两分量之间的频差,频率为几十千赫芝到几百千赫芝,也即差拍。可理解频率为()的振动对频率为()振动的调制,光强信号能用光电元件接受。3.3 横向磁场的产生横向磁场的产生方法如图2:用铁磁材料板将各
7、分立磁块匀排连接。图2 磁铁布局方式3.4 激光谐振条件(驻波条件) n 激光介质的折射率; l 谐振腔长度; 振荡光波长; q 正整数只有谐振腔的光学长度等于半波长整数倍的光波,才能形成稳定的振荡。频率为 c 真空中的光速 l 谐振腔起了频率选择作用。增益大于损耗(阈值条件)的频率才能发振。l 两个谐振频率的间隔为q可取任意正整数。原则上谐振腔内有无限多个频率和振荡方式,称为“纵模”。 l 通过磁场强度的控制改变增益带的宽度,得到单纵模。图3 谐振频率与纵模间隔 激光管处于特征磁场下,差拍信号的频率随谐振腔长度的伸缩呈周期性变化,描述该变化的曲线称为拍频调谐曲线。 差拍稳定,激光频率也稳定。
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