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腔衰蕩系統(tǒng)的縱模匹配 - 筱曉光子AOL實(shí)驗(yàn)室⑨

2023-03-17 17:26:00

腔衰蕩技術(shù)最早的提出，其目的是測(cè)量高反鏡的反射率。比如現(xiàn)在市面上的高反鏡，反射率基本在99.99%左右，普通的反射率測(cè)量方法已經(jīng)無(wú)法精確測(cè)量器件的參數(shù)。因此，我們就將一對(duì)高反鏡平行放置，組成一個(gè)F-P諧振腔。

諧振腔可以看作是一個(gè)光學(xué)濾波器，其性能如下圖所示，橫坐標(biāo)表示輸入諧振腔的光波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)表示光的通過(guò)功率與輸入光功率的比值。光從這一對(duì)高反鏡組成的諧振腔一端輸入，一部分通過(guò)諧振腔從另一端輸出，剩余的光都在輸入端反射了（還有一部分光會(huì)動(dòng)態(tài)地儲(chǔ)存在諧振腔內(nèi)，這也就是為什么存在腔衰蕩信號(hào)）。

根據(jù)諧振腔的性質(zhì)，只有輸入光波長(zhǎng)正好處于諧振腔的諧振點(diǎn)時(shí)，光的透過(guò)率理論上為100%，這個(gè)點(diǎn)諧振腔儲(chǔ)存的能量也最高。此時(shí)關(guān)閉激光輸入，諧振腔內(nèi)儲(chǔ)存的光開(kāi)始在腔內(nèi)來(lái)回反射，因?yàn)榘l(fā)射鏡的反射率很高，每次反射都只會(huì)透過(guò)很小一部分的光，絕大部分光會(huì)反射到另一個(gè)反射鏡，如此反復(fù)，腔內(nèi)的光能慢慢下降，直到全部消耗，在這一動(dòng)態(tài)過(guò)程中，諧振腔的兩端（輸入端和輸出端）都能探測(cè)到一個(gè)緩慢下降的光功率信號(hào)，這就是腔衰蕩信號(hào)。

所以，我們需要保證，激光的波長(zhǎng)要在諧振腔的諧振點(diǎn)上，才能采集到一個(gè)信噪比足夠高的腔衰蕩信號(hào)，也就是光在腔內(nèi)走一個(gè)來(lái)回，其光程必須為自身波長(zhǎng)的整數(shù)倍，這也就是腔衰蕩系統(tǒng)的模式匹配之一（縱模匹配）。通過(guò)PZT將兩者關(guān)系鎖定，可以保證產(chǎn)生一個(gè)良好的衰蕩信號(hào)，當(dāng)然，這需要一個(gè)PID伺服系統(tǒng)去控制，電路較為復(fù)雜。還有一種方式，也是我們正在使用的，可以說(shuō)是一種觸發(fā)采集的方式，不去鎖定腔長(zhǎng)和波長(zhǎng)的關(guān)系，而激光在自由運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，波長(zhǎng)必然是一種抖動(dòng)的狀態(tài)。只要它在某個(gè)時(shí)刻，掃過(guò)了腔的諧振點(diǎn)，在那個(gè)瞬間，腔的透過(guò)率突然增加，腔內(nèi)的光能也跟著累積。然后，在腔的輸出口放置光電探測(cè)器實(shí)時(shí)捕捉透過(guò)光，一旦透過(guò)光功率大于設(shè)定的閾值，立刻關(guān)閉激光輸入，并采集一次衰蕩信號(hào)。這種方式，不能保證激光一直處于腔的諧振點(diǎn)，但是每次采集衰蕩信號(hào)的時(shí)刻，它都是模式匹配的，可以說(shuō)是一種動(dòng)態(tài)的縱模匹配。