專利名稱：一種可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量可調(diào)諧激光器波長變化量的裝置，特別涉及一種測量波長控制器變化量和激光器波長變化量之間關(guān)系的方法。
背景技術(shù)：
隨著激光技術(shù)的發(fā)展，可調(diào)諧激光器在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測、光通信以及高精細光譜分析等許多領(lǐng)域都有著十分重要的應(yīng)用。如可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器吸收光譜技術(shù)(TDLAS) 在煙氣有害物質(zhì)分析、化學(xué)光譜分析以及食品安全檢查等方面的應(yīng)用越來越廣泛，其測量精度直接受限于激光器波長的調(diào)諧變化量。因此，對激光器波長變化量的測量是一項十分有意義的工作。目前，標(biāo)定可調(diào)諧激光器輸出波長控制器變化量和輸出波長變化量的關(guān)系主要依賴于各類光譜儀和波長計。光譜儀雖然在技術(shù)上比較成熟，但也具有明顯的缺點。例如光路搭建繁瑣，需反復(fù)調(diào)試；結(jié)構(gòu)龐大，且誤差較大，價格較高。最關(guān)鍵的是，近年來由于激光技術(shù)的發(fā)展，所用可調(diào)諧激光器的線寬越來越窄，而光譜儀測量系統(tǒng)的精度和分辨率很難滿足要求，對于這類窄線寬可調(diào)諧激光波長變化量的測量成為一個新的挑戰(zhàn)。波長計可實現(xiàn)高精度的波長測量，波長計主要分為以下幾種?；谥C波光頻率鏈的激光波長測量方法(Jennings D A,Pollock C R，and Peterson K R,Direct frequency measurement of the “-stabilized He-Ne 473THz(633nm)laser. Opt. Lett. ,1984,8(3) 136-138)，在實際測量過程中如果鏈中光頻之間的間隙過大(超過10GHz)，要在已知光頻與任一未知光頻之間架起橋梁仍然是十分困難的。基于光學(xué)頻率梳的光波長直接絕對測量方法(Th. Udem, J. Reichert, R. Holzwarth, T. W. Hansch, Accurate Measurement of Large Optical Frequency Differences with a Mode-Locked Laser. Opt. Lett. ,1999,24(13) 881-88 ，利用該方法要達到很高的測量準確度非常困難，測量準確度越高，對儀器的要求也就越高，測量系統(tǒng)也就越復(fù)雜。比較常見的是基于干涉原理的激光波長測量方法，典型的商品化波長測量儀器有邁克爾遜干涉型、斐索干涉型和F-P干涉型等。這些方法對系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高，結(jié)構(gòu)裝置比較復(fù)雜，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有可調(diào)諧激光器波長變化量測量技術(shù)的不足，提出了一種基于光腔衰蕩光譜技術(shù)的可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法，具有結(jié)構(gòu)簡單，可移植性強且適用于不同波段可調(diào)諧激光器波長變化量的測量。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法，將待測激光器輸出光束入垂直射到光學(xué)諧振腔，激光束從第一塊平凹高反射鏡中心進入光學(xué)諧振腔，在光學(xué)諧振腔內(nèi)來回反射，光電探測器探測從第二塊平凹高反射鏡輸出的光強衰蕩信號，從第二塊平凹高反射鏡透射光能量隨時間按單指數(shù)函數(shù)衰減，衰蕩時間可由表示為
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法，其特征在于(1)由兩塊平凹高反射鏡和一個氣體池組成密閉的光學(xué)諧振腔，兩塊平凹高反射鏡固定在氣體池兩端，兩塊平凹高反射鏡的凹面相對且平行；(2)在密閉的光學(xué)諧振腔內(nèi)充入在待測激光器調(diào)諧波段內(nèi)有至少兩條吸收譜線的氣體，將待測激光器輸出光束垂直入射到第一塊平凹高反射鏡中心，光電探測器探測從第二塊平凹高反射鏡輸出的光腔衰蕩信號；(3)在足以覆蓋充入光學(xué)諧振腔內(nèi)氣體的至少兩條吸收譜線的波長范圍按固定步長調(diào)諧待測激光器的波長控制器，每調(diào)諧一次波長控制器就由光電探測器記錄一次光腔衰蕩信號，將光腔衰蕩信號按照單指數(shù)衰減函數(shù)擬合出衰蕩時間，得到在不同波長控制器輸出量下的衰蕩時間，從而得到光腔衰蕩時間與波長控制器輸出量的關(guān)系曲線，稱為A曲線；(4)通過A曲線可得到相鄰兩衰蕩時間極小值對應(yīng)的波長控制器輸出量之差，稱為B 值，查閱充入光學(xué)諧振腔內(nèi)氣體的吸收譜線數(shù)據(jù)，得到與A曲線對應(yīng)的相鄰兩條吸收譜線峰值波長差，稱為C值，C/B即為每單位波長控制器變化量對應(yīng)的輸出波長變化量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法，其特征在于所述的待測激光器是波長可調(diào)諧的，待測激光器出光方式可以是脈沖光或連續(xù)光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法，其特征在于所述的兩塊平凹高反射鏡凹面的反射率在待測激光器調(diào)諧波段內(nèi)大于99%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法，其特征在于所的光學(xué)諧振腔為穩(wěn)定腔或共焦腔，光學(xué)諧振腔腔長L滿足0 < L < 2r，其中r為平凹高反射鏡凹面曲率半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法，其特征在于所述充入光學(xué)諧振腔內(nèi)氣體的含量應(yīng)保證在氣體的吸收譜線峰值處光學(xué)諧振腔內(nèi)吸收損耗不低于0. 0001。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法，其特征在于所述光學(xué)諧振腔內(nèi)充入氣體后，在整個測量過程中應(yīng)保持光學(xué)諧振腔內(nèi)壓強恒定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法，其特征在于所述的充入光學(xué)諧振腔內(nèi)的氣體可以是一種氣體，也可以是兩種及以上氣體的混合氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法，其特征在于若充入光學(xué)諧振腔內(nèi)的氣體在待測激光器波長調(diào)諧范圍內(nèi)有N條吸收譜線，N > 2，測得的A 曲線中有N個衰蕩時間極小值，把待測激光器波長調(diào)諧范圍分成了 N-I個區(qū)間，A曲線中第 η和η+1個衰蕩時間極小值對應(yīng)的波長控制器輸出量之差&，η為整數(shù)，η = 1，2，···，Ν-1，查閱充入光學(xué)諧振腔內(nèi)氣體的吸收譜線數(shù)據(jù)，得到與Bn對應(yīng)的兩條吸收譜線峰值波長差Cn， Cn/Bn即為在第η個區(qū)間內(nèi)每單位波長控制器變化量對應(yīng)的待測激光器輸出波長變化量，則 棚職碰份聽@醜鮮碰餓継撤制細待測激光器輸出波長平均變化量。
全文摘要
一種可調(diào)諧激光器波長變化量的測量方法，根據(jù)光腔衰蕩光譜技術(shù)原理，待測激光器輸出光束入射到穩(wěn)定光學(xué)諧振腔，光學(xué)諧振腔內(nèi)充入在待測激光器波長調(diào)諧范圍內(nèi)有至少兩條吸收譜線的氣體，通過波長控制器調(diào)諧激光器輸出波長，使其掃過兩條完整的氣體吸收譜線。記錄下在不同波長控制器輸出量時的光腔衰蕩信號，進而可得在不同波長控制器輸出量下的衰蕩時間曲線，將該曲線的與充入光學(xué)諧振腔內(nèi)氣體的吸收譜線對比，即可得到波長控制器變化量與輸出波長變化量之間的關(guān)系。本發(fā)明提出了測量可調(diào)諧激光器波長變化量的新方法，其適用于各類可調(diào)諧激光器，并且可以對從紫外到中遠紅外的所有可調(diào)諧激光器進行測量，具有結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)移植性強等優(yōu)點。
文檔編號G01J9/00GK102183308SQ20101062388
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者曲哲超, 李斌成, 韓艷玲 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所