The invention relates to the technical field of lasers, in particular to a Multi-Longitudinal-Mode laser resonator FSR measuring device and method, and a laser resonator cavity temperature variation measuring device and method. The measuring devices include Multi-Longitudinal-Mode laser, vibration target, slider, slider, beam splitter, optical attenuator, photoelectric detector, etc. Signal pre-processing unit and signal processing unit, the vibration surface of the vibration target is attached with a reflective film or a reflective plane mirror, the Multi-Longitudinal-Mode laser emits the laser to the vibration target, the vibration target receives the laser emitted and feeds back to the laser resonator, the bottom of the vibration target is fixed on the slider, and the slider is set on the slider. The beam splitter splits the self-mixing signal onto the photoelectric detector, and the output of the photoelectric detector is successively connected with the signal pre-processing unit and the signal processing unit. The invention has the advantages of simple structure, easy realization, low manufacturing cost, and can realize the real-time non-contact high-precision measurement of the temperature of the resonant cavity FSR and the resonant cavity of the Multi-Longitudinal-Mode laser.
【技术实现步骤摘要】
一种多纵模激光器谐振腔FSR和激光器谐振腔腔体温度变化测量装置及测量方法
本专利技术涉及激光器
，尤其涉及一种基于激光自混合信号的多纵模激光器谐振腔FSR和激光器谐振腔腔体温度变化测量装置及测量方法。
技术介绍
激光器因其固有的高亮度、高单色性、高方向性和高相干性等优良特性，在医疗、通讯、工业以及国防等领域应用得到广泛应用。激光器谐振腔作为激光器的核心部件，对其进行健康监测是维护激光器良好运转的重要环节。由于影响激光器谐振腔健康程度的指标主要包括激光器谐振腔自由光谱区(简称FSR)和激光器谐振腔腔体温度，因此在激光器运转过程中，对激光器谐振腔FSR和激光器谐振腔腔体温度的监测显得尤为重要。传统的测量激光器谐振腔FSR的方法主要包括以下两种：1.利用光谱仪直接观测纵模间距的方法，但该方法受制于光谱仪波长分辨率，存在测量分辨率和灵敏度较低且测量精度不高、价格昂贵等问题；2.结合扫描FP以及MZ干涉仪和频谱仪测量FSR的方法，但该方法不仅需要结合大型仪器设备，而且易受到PD带宽的限制，测量系统结构复杂，成本较高，不利于普遍推广应用。传统的测量激光器谐振腔腔体温度的...
【技术保护点】
1.一种多纵模激光器谐振腔FSR测量装置，其特征在于：包括多纵模激光器、振动目标、滑块、滑轨、分束器、光衰减器、光电探测器、信号预处理单元和信号处理单元，所述振动目标能够发生振动，且振动面附着有反射膜或者反射平面镜；所述多纵模激光器为待测激光光源，出射激光到振动目标上；所述振动目标接收多纵模激光器出射的激光并通过反射膜或者反射平面镜反馈回多纵模激光器谐振腔内，形成自混合信号；所述振动目标底部固定于滑块上；所述滑块设置于滑轨上并且可沿滑轨水平移动，所述滑轨与出射激光处于同一直线上；所述多纵模激光器与振动目标之间的光路上依次设置分束器和光衰减器；所述分束器用于将自混合信号分束到...
【技术特征摘要】
1.一种多纵模激光器谐振腔FSR测量装置，其特征在于：包括多纵模激光器、振动目标、滑块、滑轨、分束器、光衰减器、光电探测器、信号预处理单元和信号处理单元，所述振动目标能够发生振动，且振动面附着有反射膜或者反射平面镜；所述多纵模激光器为待测激光光源，出射激光到振动目标上；所述振动目标接收多纵模激光器出射的激光并通过反射膜或者反射平面镜反馈回多纵模激光器谐振腔内，形成自混合信号；所述振动目标底部固定于滑块上；所述滑块设置于滑轨上并且可沿滑轨水平移动，所述滑轨与出射激光处于同一直线上；所述多纵模激光器与振动目标之间的光路上依次设置分束器和光衰减器；所述分束器用于将自混合信号分束到光电探测器上；所述光电探测器用于将接收到的激光信号转化为电信号后发送到信号预处理单元；所述信号预处理单元用于对接收到的电信号进行预处理，所述预处理至少包括整形、滤波；所述信号处理单元用于对预处理后的电信号进行分析处理，获得激光器FSR测量结果。2.根据权利要求1所述的多纵模激光器谐振腔FSR测量装置，其特征在于：所述振动目标为由信号发生器驱动的扬声器或者压电陶瓷。3.根据权利要求1所述的多纵模激光器谐振腔FSR测量装置，其特征在于：所述多纵模激光器采用半导体激光器时，光电探测器集成于多纵模激光器内。4.根据权利要求1所述的多纵模激光器谐振腔FSR测量装置，其特征在于：所述信号处理单元为计算机、示波器或者频谱仪。5.基于权利要求1-4任意一项所述的多纵模激光器谐振腔FSR测量装置的激光器谐振腔FSR测量方法，其特征在于：振动目标发生振动，多纵模激光器作为待测激光光源，出射激光到振动目标上，出射激光经反射膜或者反射平面镜反射后，反馈回多纵模激光器谐振腔内形成自混合信号，上述过程中同时使滑块沿滑轨微移，以改变振动目标距离多纵模激光器的距离，从而形成在不同激光器外腔长度下的激光自混合信号，同时利用光衰减器调节反馈光的强度，利用光电探测器采集不同激光器外腔长度下的激光自混合信号，然后利用信号预处理单元对激光自混合信号进行预处理，最后利用信号处理单元对预处理后的激光自混合信号进行分析，即可得出激光器谐振腔的FSR，具体分析方法如下：基于多纵模激光器的激光自混合信号，认为激光器不同纵模仅和自身模式发生干涉，因此最终形成的激光器自混合信号可以认为是各自纵模形成的激光自混合信号的强度叠加，根据相关干涉混频理论模型，可以进一步获得多纵模激光器自混合信号强度为：式(2)中：I0表示初始光强，β为多纵模激光器中总的起振模式个数，j表示多纵模激光器中第j个纵模模式，ΔIj为j模式激光光强变化的幅值，k0j表示真空中j模式的波数，n0表示外腔折射率，Lext(t)表示实时外腔长；当外腔折射率n0＝1时，式(3)中：ω0表示激光的角频率，c表示真空中的光速，FSR表示激光器谐振腔自由光谱区；因此，可得如果要使不同模式激光自混合信号叠加不存在波形分裂或分立，则需要各个模式单独的波形保持相同相位或者相位延迟为2π整数倍，外腔长度需满足条件：式(5)中m为激光器的外腔模式级数，为正整数；因此，多纵模激光器存在一系列的特殊位置点，保证激光器各个纵模的激光自混合信号始终保持相位相同或者相位延迟为2π整数倍，叠加后的激光自混合信号不产生分裂或分立，将这些特殊位置点称作等相位点，从式(5)可知，相邻级等相位点之间外腔距离变化与自由光谱区之间的关系为：式(6)中ΔLext表示的是相邻级等相位点外腔距离的差值；因此，可以通过测量相邻级等相位点位置ΔLext，即可获得激光器谐振腔FSR的大小。6.一种多纵模激光器谐振腔腔体温度变化测量装置，其特征在于：包括多纵模激光器、振动目标、滑块、滑轨、分束器、光衰减器、光电探测器、信号预处理单元和信号处理单元，所述振动目标能够发生振动，且振动面附着...
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