激光纵模测量及应用

实验内容

  1. 用高稳FP腔测量氦氖激光器的纵模;
  2. 用高稳FP腔测量半导体激光器的纵模;
  3. 探索激光纵模的应用;

本实验中我们主要测量纵模,即激光的频率成分。 由于光只有在谐振腔中来回反射,相干叠加形成驻波才可振荡。能满足驻波条件的光波自然不唯一,彼此间存在一定的纵模间隔(与腔长有关)。当符合驻波条件的频率落在介质的增益谱线内时,该光波便被放大,形成激光。如此激光的纵模便不唯一。而导致多纵模的根本因素是能级具有一定的宽度,根据测不准原理,能级不可能是一个极其精准的能量界限,它存在着各种展宽。比如,碰撞展宽,压力展宽,多普勒展宽。不同类型的激光器,由于增益介质不同,它的展宽类型也就不同。本实验所选用的是He-Ne激光器,为气体激光器。

本实验需要基本的激光和真空系统的背景知识。所用真空泵为分子泵和机械泵,机械泵是所有其他真空泵的基础设施,必须先通过机械泵将真空度达到一定程度才能使用分子泵。在高真空环境下,放在腔内的一切装置都不可直接接触人手,也就是说必须带手套。这是因为酒精之类的液体可以通过挥发排出真空体系,但是油脂却很难排除。本套实验是将FP腔放在真空腔中,激光器在从外部射入腔内,所有的腔内接线不可用焊锡,因为焊锡的放气现象很严重,同时导线的绝缘层(塑料)存在同样的问题,所以所有的接线要用漆包线。

真空系统

真空系统

真空系统背面

真空系统背面

带电极的法兰盘

电线接头

纵模测量系统

FP腔

经改装的光电探测器

实验进度

目前真空系统基本搭建好,分离后的光电探测器也经过验证可以正常使用,所有接线问题解决。目前在纵模定标阶段,面临的问题是纵模不稳定,很难跟测,同时数据的处理上存在着难处。

附上目前探测到的纵模图

由于纵模是在周期内变化的,所以找到一周期内的不同纵模还是有一定的困难的。尝试寻峰,得到:

2012/12/10

对于纵模不宜定标的情况,尝试用叠加的方法解决。即将多组时序波形图数据叠加,看看是否会得到几个主要模式的关键信息。但是不可忽略的一种可能,模式的漂移会使叠加出现错误,无论如何尝试一下。

模式的确会漂移,但是在短时间内基本是不变的,叠加方法还是有一定效果的。但是要在一段时间内连续记录图像,才能得到较为准确的纵模图。

图片附上

4组叠加

模式混乱分辨不清,是因为4组数据不是在同一段时间记录的,因此模式出现了漂移的情况。但是只将相邻的数据叠加在一起还是可以分辨的。

附上2012/12/10的记录整理

12/12/10 record

参考文献

头脑风暴

还可以用什么方法测得激光纵模?
He-Ne激光器两个纵模之间的波长差是多少?我的理解:能有这么高分辨率的只有高稳FP腔吧!但光程扫描可以通过气压扫描或者压电陶瓷两种办法来实现。
我有个疑问:如何测量压电陶瓷的电压响应系数?这是一个非常小的长度变化。哪位同学有时间去做个文献调研吧! — 乐永康 2012/12/10 16:33
我今天看到有人用光栅做,粗算:激光器腔长40cm,波长间隔为5×10^-4nm。需要光栅分辨率1260000,应该不可能吧。

讨论

本实验这学期第一次开设!欢迎有兴趣的同学来参与建设新实验! — 乐永康 2012/08/19 09:04
又更新了一些内容啊!很好!刚开始阶段,不一定要把原理写得很完整,给出几篇参考文献就不错了,可以传些设计、结果上来。 — 乐永康 2012/12/08 22:04
 
exp/laser/mode/start.txt · 最后更改: 2014/10/07 14:25 由 xiaole
 
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