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专利号: 2014100252869
申请人: 浙江大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-08-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种迈克尔逊涉型光谱滤波器谐振频率锁定装置,其特征在于包括激光器分束系统、Michelson干涉型滤波器系统和光电探测系统;

激光器分束系统包括激光器、准直扩束器、第一分光镜、第一反射镜、第二反射镜、第二分光镜、第三反射镜;Michelson干涉型滤波器系统包括立方分光棱镜、第四反射镜、第五反射镜,其中第五反射镜和频率谐调设备机械连接实现谐振频率调整;光电探测系统包括透镜、第一光电倍增管、第二光电倍增管、第三光电倍增管、差分放大器、示波器;

激光器发射的激光光束经准直扩束系统被扩束为宽光束平行光;宽光束平行光经过第一分光镜分成两路,其中一路经过第一分光镜透射后直接射入待锁频的Michelson干涉滤波系统作为监测光束;另一路依次经过第一反射镜、第二反射镜后,再经第二分光镜分成两路,其中第一路经过第二分光镜透射后,再经第三反射镜反射以角度θ2进入待锁频的Michelson干涉滤波器系统作为探针光束;第二路经第二分光镜反射后直接以角度θ1进入待锁频的Michelson干涉滤波器系统作为探针光束;两路探针光束以及监测光束经过待锁频的Michelson干涉滤波器系统时,两路探针光束与监测光束均由Michelson干涉滤波器系统内的立方分光棱镜分成两路,一路经立方分光棱镜透射后再由第四反射镜反射回立方分光棱镜,并经立方分光棱镜反射进入透镜;另一路经立方分光棱镜反射后再由第五反射镜反射回立方分光棱镜,并经立方分光棱镜透射进入透镜;几路光束被透镜聚焦在其焦平面不同位置并分别发生干涉,且干涉信号分别被第一光电倍增管、第二光电倍增管、第三光电倍增管接收并转换成电信号;将第一光电倍增管、第二光电倍增管输出的电信号输入差分放大器,差分放大器的输出信号反馈给频率谐调设备;而第三光电倍增管的输出电信号输入示波器作为锁频状态监测信号。

2.使用如权利要求1所述的一种迈克尔逊干涉型光谱滤波器谐振频率锁定装置的方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1.计算两束探针光束的入射角;

步骤2.调节两束探针光束的入射角;

步骤3.查看示波器,判断锁频状态;

步骤1所述的两路探针光束的入射角包括θ1和θ2;θ1和θ2需满足如下匹配要求:θ1的选取需要使Michelson干涉滤波器对该角度入射的探针光束的光程差和0度角入射时的光程差之差ΔOPD(θ1)为(n1+1/4)λ0,即ΔOPD(θ1)=(n1+1/4)λ0 (1)

其中,λ0是激光器中心波长,n1是一个待选定的整数(推荐值为0~10);ΔOPD(θ1)的计算方法与所用的Michelson干涉滤波器的结构参数有关;若Michelson干涉滤波器两干涉臂的长度分别为d1和d2,折射率分别为ρ1和ρ2,则ΔOPD(θ1)可按如下几个式子计算OPD(0)=2·abs(ρ1d1-ρ2d2) (2b)

ΔOPD(θ1)=abs[OPD(θ1)-OPD(0)] (2c)

其中,abs(·)表示取绝对值,OPD(θ1)表示以角度θ1入射时Michelson干涉滤波器的光程差,OPD(0)表示光线正入射时Michelson干涉滤波器的光程差;只要选定了整数n1后,联立式(1)、(2)即可解出θ1;

要和θ1相匹配,入射角θ2必须满足Michelson干涉滤波器对该探针光束的光程差和正入射时的光程差之间的变化:ΔOPD(θ2)=(n2-1/4)λ0 (3)

式(3)中,n2为另一个待选定的整数,为0~50且要比选定的n1大,同理,ΔOPD(θ2)可按如下几个式子计算ΔOPD(θ2)=abs[OPD(θ2)-OPD(0)] (4b)

其中OPD(θ2)表示以角度θ2入射时Michelson干涉滤波器的光程差。只要选定了整数n2后,联立式(3)、(4)即可解出θ2。

步骤2所述的调节探针光束的入射角,具体如下:

2-1.在两路探针光束调节之前,通过频率谐调设备手动将第三光电倍增管的输出调为

0,即让Michelson干涉仪滤波器初始化处于频率锁定状态;

2-2.调节第二分光镜和第三反射镜,使得探针光束的入射角θ1和θ2的角度与步骤1计算出的入射角θ1和θ2相一致;

具体相一致的判断方法如下:

在实际光路调节时,先断开差分放大器接到频率谐调设备的反馈端,用精密移动转台先将其中一束探针光束的入射角度调节到θ1,再将另一束探针光束的角度确定在理论计算出的θ2附近,然后微调第二束探针光束的精密移动转台,直至差分放大器的输出达到0;

两探针光束的角度调节完成后,再将差分放大器的反馈端接入Michelson干涉滤波器的频率谐调设备;

步骤3所述的查看示波器,判断锁频状态,具体如下:

若Michelson干涉滤波器刚好锁定在激光器中心频率,则示波器的输出信号为0;若外部环境因素的影响造成Michelson干涉仪频率失锁定,则差分放大器会输出误差信号并反馈给Michelson干涉滤波器的频率谐调设备,频率谐调设备在该误差信号的驱动下自动调整干涉仪的谐振频率,直至锁定到所需激光中心频率;在这个过程中,示波器的输出信号也会逐步趋近0。

3.如权利要求1或2所述的一种迈克尔逊干涉型光谱滤波器谐振频率锁定的方法,其特征在于所述的第一分光镜是反射率大于透射率的分光镜;第二分光镜是50%:50%分光比的分光镜。

4.如权利要求3所述的一种迈克尔逊干涉型光谱滤波器谐振频率锁定的方法,其特征在于所述的第一分光镜的反射率与透射率比如下:T:R=10%:90%。