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              腔衰蕩系統的縱模匹配 - 筱曉光子AOL實驗室⑨ 2023-03-17

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



              諧振腔可以看作是一個光學濾波器,其性能如下圖所示,橫坐標表示輸入諧振腔的光波長,縱坐標表示光的通過功率與輸入光功率的比值。光從這一對高反鏡組成的諧振腔一端輸入,一部分通過諧振腔從另一端輸出,剩余的光都在輸入端反射了(還有一部分光會動態地儲存在諧振腔內,這也就是為什么存在腔衰蕩信號)。




              根據諧振腔的性質,只有輸入光波長正好處于諧振腔的諧振點時,光的透過率理論上為100%,這個點諧振腔儲存的能量也最高。此時關閉激光輸入,諧振腔內儲存的光開始在腔內來回反射,因為發射鏡的反射率很高,每次反射都只會透過很小一部分的光,絕大部分光會反射到另一個反射鏡,如此反復,腔內的光能慢慢下降,直到全部消耗,在這一動態過程中,諧振腔的兩端(輸入端和輸出端)都能探測到一個緩慢下降的光功率信號,這就是腔衰蕩信號。



              所以,我們需要保證,激光的波長要在諧振腔的諧振點上,才能采集到一個信噪比足夠高的腔衰蕩信號,也就是光在腔內走一個來回,其光程必須為自身波長的整數倍,這也就是腔衰蕩系統的模式匹配之一(縱模匹配)。通過PZT將兩者關系鎖定,可以保證產生一個良好的衰蕩信號,當然,這需要一個PID伺服系統去控制,電路較為復雜。還有一種方式,也是我們正在使用的,可以說是一種觸發采集的方式,不去鎖定腔長和波長的關系,而激光在自由運轉的時候,波長必然是一種抖動的狀態。只要它在某個時刻,掃過了腔的諧振點,在那個瞬間,腔的透過率突然增加,腔內的光能也跟著累積。然后,在腔的輸出口放置光電探測器實時捕捉透過光,一旦透過光功率大于設定的閾值,立刻關閉激光輸入,并采集一次衰蕩信號。這種方式,不能保證激光一直處于腔的諧振點,但是每次采集衰蕩信號的時刻,它都是模式匹配的,可以說是一種動態的縱模匹配。






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