一种超稳光学参考腔零膨胀温度点的测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超稳光学参考腔零膨胀温度点的测量方法及装置，该装置包括激光器、饱和吸收光谱装置、光纤电光调制器、模式匹配透镜组、超稳光学参考腔、分光镜、光电探测器、示波器和相机；调节光纤电光调制器的调制频率使得稳频激光的一级边带与超稳光学参考腔的腔模共振，并使用光纤电光调制器在其共振频率附近缓慢扫频；在超稳光学参考腔的透射端放置一个分光镜将透射信号分成两束，一束光信号接入相机能观察到激光耦合进超稳光学参考腔的TEM

【技术实现步骤摘要】
一种超稳光学参考腔零膨胀温度点的测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及光学测量
，具体涉及一种超稳光学参考腔零膨胀温度点的测量方法及装置。

技术介绍

[0002]自从上世纪60年代激光器问世以来，激光器主要朝着两个方向发展，一个是脉冲激光器，另一个则是连续激光器。连续激光器朝着功率、频率更加稳定、更长的相干长度方向发展，出现了窄线宽激光器。窄线宽激光器已成为精密光谱测量、光学频率标准、引力波测量、量子计算等众多领域不可或缺的工具。目前获得超窄线宽激光的主要方法是利用PDH(Pound
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Drever
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Hall)稳频技术将自由运转的激光参考锁定至特殊设计的超稳光学参考腔上。目前超稳光学参考腔腔体材料一般选用热膨胀系数极低的玻璃材料。如ULE材料，该材料的热膨胀系数极低，且存在零膨胀温度点。若将ULE材料制作的超稳光学腔的温度控制在零膨胀温度点，可以获得一天的频率漂移在kHz水平的激光。要想实现这样一台ULE材料制作的超稳光学参考腔，那么不仅需要精确的温度控制，还需要精确的测试出超稳光学参考腔的零膨胀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超稳光学参考腔零膨胀温度点的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：将超稳光学参考腔放置在真空环境中，并将超稳光学参考腔设定在一个初始温度；将激光器出来的激光经过一个饱和吸收光谱装置，选定饱和吸收光谱中的一个吸收峰作为频率参考标准，将激光锁定至饱和吸收光谱的吸收峰上；将稳频后的激光经过一个光纤电光调制器，再经过一组模式匹配透镜组耦合进入超稳光学参考腔；调节光纤电光调制器的调制频率使得稳频激光的一级边带与超稳光学参考腔的腔模共振，并使用光纤电光调制器在其共振频率附近缓慢扫频；在超稳光学参考腔的透射端放置一个分光镜将透射信号分成两束，一束光信号接入相机能观察到激光耦合进超稳光学参考腔的TEM
00
模，另一束光信号接入光电探测器，将光电探测器探测到的信号接入示波器能监测到透射峰信号；在初始温度下，记录此时光纤电光调制器的调制频率f1，采集示波器上透射峰信号，并通过高斯拟合的方法得到透射峰信号位置A；改变光纤调制器的频率为f2，采集改变调制频率后得到透射峰的位置B；以此频率变化对应的透射峰移动的间距为频率标准；改变超稳光学参考腔的温度，等待系统稳定后，调节光纤电光调制器的调制频率，使得激光的一级边带再次与超稳光学参考腔腔模共振，记录此时的调制频率f3及透射峰位置C，则得到腔模相对于选定的吸收峰的频率变化量为：重复上一步，再次改变超稳光学参考腔的温度,获得超稳光学参考腔在不同温度下对应的频率变化量；利用线性热膨胀表达式和谐振腔频率公式进行计算：其中，α为热膨胀系数，L(T0)表示初始腔长，c表示光速，T为实际温度点，T0为零膨胀温度点，L为腔长，L(T)表示实际腔长，Vq为谐振腔频率，q表示纵模序数，超稳参考光学腔的腔长变化与温度变化的关系近似为：其中，ΔL表示腔长的变化量，a0、a1、a2为系数；由于腔长变化量很小，实验上不易测量，所以转化为测量其共振频率的变化量；共振频率的变化量Δv
q
与温度之间的关系为：与温度之间的关系为：一阶近似下：将采集到的在不同温度下对应的频率变化量的数据，根据二次式拟合超稳光学参考腔共振频率随温度变化的关系，即可知超稳光学参考腔共振频率变化率最小值所对应的温度即为零膨胀温度点。
2.根据权利要求1所述的超稳光学参考腔零膨胀温度点的测量方法，其特征在于，所述模式匹配透镜组包括第一凸透镜和第二凸透镜，将稳频后的激光经过一个光纤电光调制器，再依次经过第一凸透镜和第二凸透镜耦合进入超稳光学参考腔。3.根据权利要求1所述的超稳光学参考腔零膨胀温度点的测量方法，其特征在于，所述相机为CCD相机。4.根据权利要求1所述的超稳光学参考腔零膨胀温度点的测量方法，其特征在于，所述分光镜为偏振分光棱镜。5.一种超稳光学参考腔零膨胀温度点的测量装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善超，林芳州，王嘉璇，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：