[发明专利]一种单频激光器波长比较的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体属于一种单频激光器波长比较的装置和方法。

背景技术

实际工作中，比较两台单频激光器波长是否相等或者近似相等有非常广泛的应用：

1)线宽是衡量单频激光器性能的一个重要指标，目前为止，测量单频激光器线宽最常用的方法是拍频法，即测量两台激光器的差频信号的频谱宽度计算得到激光器的线宽值。如果参与拍频的两台单频激光器的频率差太大，受光电探测器和频谱分析仪带宽的限制，就不能获得拍频信号。需要用一种方法比较两台激光器的波长差异，并调谐其中一台激光器的波长使两台激光器的波长近似相等，达到光电探测器和频谱分析仪的测量范围，获得激光器的线宽。

2)随着科学的发展和技术的进步，对激光器的功率提出越来越高的要求，单台激光器的输出功率并不能满足一些领域的应用需求。需要将几台激光器输出的光进行相干合成以便获得更高功率激光输出。参与相干合成的几台激光器的波长必须能够调谐至近似相等才能实现高效相干合成。因此，需要用一种方法比较两台激光器的波长差异来筛选输出波长近似的激光器来进行相干合成。

3)在光与原子相互作用研究中，需要将几台激光器锁定在一定差频范围内的几个不同波长上，以满足与不同的原子跃迁线相匹配，而锁定几台激光器的前提是将几台激光器的波长调谐到近似相等，以满足相位锁定的需要。因此，需要用一种方法比较两台激光器的波长差异来调谐两台激光器的波长到近似相等。

现有技术中，最直接的比较两台激光器波长差异的方法是用高精度波长计分别测量两台激光器的波长，然后计算出两台激光器的波长差。但是高精度波长计的价格昂贵。

本发明提出一种单频激光器波长比较的装置和方法，用简便、实用、廉价的实验装置就可以比较两台激光器的波长，具有重要的应用价值。

发明内容：

本发明的目的是提供一种简便、实用、廉价的单频激光器波长比较的装置和方法。

本发明的核心思想是利用不同波长的光通过色散元件后传播方向不同与非简并光学腔对输入光束方向敏感的原理。首先，调节两台激光器输出的光束重合；然后，将两束光通过色散元件，由于不同波长的光通过色散元件后的传播方向不同，因而，不同波长的光在非简并光学腔中的入射角度不同；最后，把经过色散元件后的光导入非简并光学腔，角度不同的光在非简并光学腔中对应不同的模式匹配效率；根据两束光与非简并光学腔的模式匹配效率(模式匹配效率根据非简并光学腔的透射信号判断)判断两束光的波长差异，如果两束光的波长差异大，模式匹配效率差异明显，随着两束光的波长差异变小，模式匹配效率差异越来越小，直到两束光的模式匹配效率相等且非简并光学腔的透射峰重合时，两束光的波长相等。

本发明提供的一种单频激光器波长比较的装置，包括第一单频激光器、第二单频激光器、光学合束器、非简并光学腔、色散元件、光电探测器、示波器；所述的第一单频激光器的输出光与第二单频激光器的输出光在光学合束器上耦合后，经色散元件导入非简并光学腔，非简并光学腔的透射光导入光电探测器中；光电探测器与示波器连接；所述的第一单频激光器和第二单频激光器的输出光在光学合束器上耦合时偏振方向相同。

所述的色散元件为光栅或三棱镜。

所述的非简并光学腔为两镜腔或其它多镜腔。

所述的光学合束器是光学镜片合束器或光纤合束器。

第一单频激光器和第二单频激光器均为或其中一台为可调谐激光器，通过固定一台激光器的波长，改变另一台激光器的波长可以观察另一台激光器模式匹配效率的变化情况。光栅一般在两台激光器波长差小的时候使用，因为光栅的色散特性更好，光栅的分辨率越高，分辨的波长差越小，该方法的分辨率越高；三棱镜一般在两台激光器波长差大的时候使用，利用三棱镜作为色散元件时，该方法的分辨率较低。第一单频激光器和第二单频激光器的输出光在光学合束器耦合时偏振方向相同，保证两束光波长相等时，对应非简并光学腔同样的本征模式。

基于上述装置，本发明提供的一种单频激光器波长比较的方法，依次包括如下步骤：

1)、将第一单频激光器的输出光与第二单频激光器的输出光在光学合束器上合束，并使两束光在光学分束器后的光束参数相同、位置重合；

两束光在入射到色散元件前的传播方向一致、光束参数相同保证光束通过色散元件后在非简并光学腔中模式匹配效率的差异是由色散引起的，排除了其它实验条件对模式匹配效率的影响。如果两束光在色散元件前的光束参数和传播方向不同，即使不经过色散元件，两束光与非简并光学腔的模式匹配效率也不相等。