一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置及方法，属于光学技术领域。本发明专利技术装置包括单频激光器、光学腔，电光调制器，光电探测器，示波器，射频信号源，低频信号源，高压放大器；通过单频激光器输出光经电光调制器调制后产生载波和调制边带，将调制后的光束注入光学腔，使用低频信号源给高压放大器输入一个三角波信号用来扫描光学腔的腔长，此时示波器上可以显示出载波和调制边带，通过射频信号源调节电光调制器的频率进而调节调制边带频率；通过观察示波器，当调制边带与载波重合使载波强度达到最大时，相当于载波与边带的频率间隔为一个自由光谱范围，此时信号源上的调制频率对应的即为此光学腔的自由光谱范围。
【技术实现步骤摘要】
一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置及方法
本专利技术属于光学
，具体涉及一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置及方法。
技术介绍
自由光谱范围是表征光学腔的一个重要参数,它的定义为,波长分别为λ1和λ2的光照在光学腔上,各自产生一组干涉圆环,若λ1的m级圆环和λ2的m-1(或m+1)级圆环重合,则把λ＝λ1-λ2称为该光学腔的自由光谱范围。在实际工作中,在已知光学腔线宽的基础上,我们可以根据光学腔的自由光谱范围得到光学腔的精细度(光学腔的精细度＝自由光谱范围/线宽)。而精细度是表征光学腔损耗的重要参数。在利用光学参量振荡器产生压缩光和纠缠光的实验中,通过精确测量光学参量振荡腔的自由光谱范围估算光学腔的损耗,可以为减小损耗和改进光学腔性能提供重要参考。同时，可以根据损耗得到理论上压缩度和纠缠度的大小，为实验上压缩光和纠缠光的产生提供理论参考。另外，光学腔的损耗也直接决定腔内光子的寿命和光学腔的Q参数，对于光子态存储等科学领域也具有重要意义。现有技术中，自由光谱范围通常根据它的定义计算获得，对于驻波腔，光在腔内往返传播，自由光谱范围的表达式如下：ΔυFSR＝c/2nL。对于环形腔，光在腔内单向传播，自由光谱范围的表达式如下：ΔυFSR＝c/nL。在这两公式中,ΔυFSR为自由光谱范围，c为真空中的光速，n为光学腔内介质的折射率，L为光学腔的腔长。因此，自由光谱范围的计算以光学腔腔长和腔内介质折射率两个参数已知为前提。腔长L是一个容易测量的量，而介质的折射率n随材料的不同和周围温度，气流等均有变化，不易得到精确结果，从而影响自由光谱范围的计算结果。
技术实现思路
针对上述问题本专利技术提供了一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置及方法为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：根据自由光谱区的定义，把测量过程的每个步骤用直观的方法表征出来，然后直观读出自由光谱范围的值。具体过程与自由光谱范围定义的对应关系如下：单频激光器输出的激光经调制后产生一系列的载波和调制边带，载波对应波长λ1的激光，调节射频信号源的输出频率可使调制边带的波长在λ1和λ2之间调谐，调制边带对应波长为λ2的激光；将调制后的激光注入光学腔，使用低频信号源给高压放大器输入一个三角波信号用来扫描光学腔腔长；此时观察示波器上的图像，载波即对应波长为λ1的干涉圆环，调制边带对应波长为λ2的干涉圆环；连续改变射频信号源的频率，当示波器显示的载波与调制边带重合，表明波长为λ1的m级干涉圆环与波长为λ2的m-1级(或m+1级)干涉圆环重合；此时射频信号源的输出频率为对应两个波长的差频λ＝λ1-λ2。一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置，包括单频激光器、光学腔、低频信号源、高压放大器、电光调制器、射频信号源、光电探测器、示波器；所述单频激光器的输出光经电光调制器调制后注入光学腔，光学腔的输出信号导入到光电探测器；所述单频激光器用来产生载波输出；所述电光调制器用来调制输入光，产生调制边带；所述射频信号源的输出端与电光调制器的输入端相连接，用以改变调制频率，进而改变调制边带位置；所述低频信号源的输出端与高压放大器相连，高压放大器与光学腔的压电陶瓷相连，低频信号源为高压放大器提供一个三角波信号，高压放大器用来扫描光学腔的腔长；所述光电探测器的输出与示波器相连接，用来观测调制边带位置的变化。当调制边带与载波重合时，此时射频信号源上的调制频率对应的即为所测光学腔的自由光谱区。载波对应于波长为λ1的干涉圆环，边带对应于波长为λ2的干涉圆环，当二者重合时，对应的波长差λ＝λ1-λ2的频差即为该光学腔的自由光谱区ΔυFSR＝1/λ。进一步，所述的单频激光器输出光的频率在射频信号源的调谐范围内；所述的射频信号源的调谐范围大于光学腔的自由光谱范围。该方案使测量自由光谱区不再受晶体折射率及温度与腔长等的影响，且此方法装置简单，操作便捷，测量结果更为精确，因此在光学实验中具有极其重要的意义。一种光学腔自由光谱区的测量方法，包括以下步骤：1)、单频激光器输出光束经电光调制器进行调制；2)、电光调制器输入端与射频信号源的输出端相连，通过调节射频信号源的输出频率调节调制边带的频率；3)、将调制后的激光注入光学腔腔中，光学腔的压电陶瓷与高压放大器相连，通过一低频信号源为高压放大器提供三角波信号用以扫描光学腔腔长；4)、将扫描光学腔后的输出光输入光电探测器进行探测，光电探测器的输出端与示波器相连，示波器用于读出探测到的波形及信号强度；5)、通过连续改变射频信号源的输出频率，使调制边带向着载波移动，使调制边带与载波重合，继续微调使载波强度达到最大，此时，射频信号源的输出频率即为光学腔的自由光谱范围；6)、根据ΔυFSR＝c/2nL和ΔυFSR＝c/nL计算得到光学腔的腔长。当一束光在光学腔中振荡，扫描光学腔腔长时，可通过示波器观察到一系列的纵模，加入电光调制器对激光光束进行调制，可观察到载波和调制边带，通过射频信号源改变调制频率，使调制边带与激光的载波重合，载波强度达到最大，此时的调制频率即为光学腔的自由光谱范围，可直接通过信号源读出。进一步，所述光学腔为三面环形腔。进一步，所述光学腔为环形腔或驻波腔。为环形腔时可通过ΔυFSR＝c/nL计算得到光学腔的腔长，为驻波腔时，可通过ΔυFSR＝c/2nL计算得到光学腔的腔长。与现有技术相比本专利技术具有以下优点：本专利技术相比传统的方法本专利技术装置的结构简单，可以实现光学腔自由光谱范围的测量；与根据光学腔的腔长和腔内介质的折射率参数计算自由光谱范围的方法相比，该方法的测量结果不受腔长和折射率误差的影响，具有测量结果精确的优点；该方法能实时读出光学腔在任何时间、任何地点的自由光谱范围，避免了计算方法一般取固定的腔长和折射率参数，不考虑腔长和折射率随周围环境(温度、气流、海拔等)的变化，具有结果不受周围环境影响的优点。该方法能从射频信号源上直接读出光学腔的自由光谱范围，具有结果直观的优点。射频信号源上的输出频率调节精度高，对于自由光谱范围为GHz量级的光学腔，可精确到MHz的量级，具有测量精度高的优点。附图说明图1是本专利技术一种测量光学腔自由光谱区的装置和方法的工作原理示意图；图2是未加入电光调制器时，经光电探测器测到示波器上显示的透射峰曲线；图3是加入电光调制器并逐渐改变调制频率时，经光电探测器测到示波器上显示的透射峰曲线的变化过程；图4是当改变调制频率使载波与调制边带重合时，经光电探测器测到示波器上显示的透射峰曲线。标记说明：1-单频激光器，2-光学腔，3-低频信号源，4-高压放大器，5-电光调制器，6-射频信号源，7-光电探测器，8-示波器。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施方式用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1图1为本专利技术的实验装置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置，其特征在于：包括单频激光器(1)、光学腔(2)、低频信号源(3)、高压放大器(4)、电光调制器(5)、射频信号源(6)、光电探测器(7)、示波器(8)；/n所述单频激光器(1)的输出光经电光调制器(5)调制后注入光学腔(2)，光学腔(2)的输出信号导入到光电探测器(7)；所述单频激光器(1)用来产生载波输出；所述电光调制器(5)用来调制输入光，产生调制边带；/n所述射频信号源(6)的输出端与电光调制器(5)的输入端相连接，用以改变调制频率，进而改变调制边带位置；所述低频信号源(3)的输出端与高压放大器(4)相连，高压放大器(4)与光学腔(2)的压电陶瓷相连，低频信号源(3)为高压放大器(4)提供一个三角波信号，高压放大器(4)用来扫描光学腔(2)的腔长；所述光电探测器(7)的输出与示波器(8)相连接，用来观测调制边带位置的变化。/n
【技术特征摘要】
1.一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置，其特征在于：包括单频激光器(1)、光学腔(2)、低频信号源(3)、高压放大器(4)、电光调制器(5)、射频信号源(6)、光电探测器(7)、示波器(8)；
所述单频激光器(1)的输出光经电光调制器(5)调制后注入光学腔(2)，光学腔(2)的输出信号导入到光电探测器(7)；所述单频激光器(1)用来产生载波输出；所述电光调制器(5)用来调制输入光，产生调制边带；
所述射频信号源(6)的输出端与电光调制器(5)的输入端相连接，用以改变调制频率，进而改变调制边带位置；所述低频信号源(3)的输出端与高压放大器(4)相连，高压放大器(4)与光学腔(2)的压电陶瓷相连，低频信号源(3)为高压放大器(4)提供一个三角波信号，高压放大器(4)用来扫描光学腔(2)的腔长；所述光电探测器(7)的输出与示波器(8)相连接，用来观测调制边带位置的变化。
2.根据权利要求1所述的一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置，其特征在于：所述的单频激光器(1)输出光的频率在射频信号源(6)的调谐范围内；所述的射频信号源(6)的调谐范围大于光学腔(2)的自由光谱范围。
3.一种权利要求1所述装置的光学腔自由光...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雅君，武奕淼，郑耀辉，田龙，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。