[发明专利]一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置及方法

说明书

一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置及方法，属于光学技术领域。本发明装置包括单频激光器、光学腔，电光调制器，光电探测器，示波器，射频信号源，低频信号源，高压放大器；通过单频激光器输出光经电光调制器调制后产生载波和调制边带，将调制后的光束注入光学腔，使用低频信号源给高压放大器输入一个三角波信号用来扫描光学腔的腔长，此时示波器上可以显示出载波和调制边带，通过射频信号源调节电光调制器的频率进而调节调制边带频率；通过观察示波器，当调制边带与载波重合使载波强度达到最大时，相当于载波与边带的频率间隔为一个自由光谱范围，此时信号源上的调制频率对应的即为此光学腔的自由光谱范围。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置及方法。

背景技术

自由光谱范围是表征光学腔的一个重要参数,它的定义为,波长分别为λ₁和λ₂的光照在光学腔上,各自产生一组干涉圆环,若λ₁的m级圆环和λ₂的m-1(或m+1)级圆环重合,则把λ＝λ₁-λ₂称为该光学腔的自由光谱范围。

在实际工作中,在已知光学腔线宽的基础上,我们可以根据光学腔的自由光谱范围得到光学腔的精细度(光学腔的精细度＝自由光谱范围/线宽)。而精细度是表征光学腔损耗的重要参数。在利用光学参量振荡器产生压缩光和纠缠光的实验中,通过精确测量光学参量振荡腔的自由光谱范围估算光学腔的损耗,可以为减小损耗和改进光学腔性能提供重要参考。同时，可以根据损耗得到理论上压缩度和纠缠度的大小，为实验上压缩光和纠缠光的产生提供理论参考。另外，光学腔的损耗也直接决定腔内光子的寿命和光学腔的Q参数，对于光子态存储等科学领域也具有重要意义。

现有技术中，自由光谱范围通常根据它的定义计算获得，对于驻波腔，光在腔内往返传播，自由光谱范围的表达式如下：Δυ_FSR＝c/2nL。对于环形腔，光在腔内单向传播，自由光谱范围的表达式如下：Δυ_FSR＝c/nL。在这两公式中,Δυ_FSR为自由光谱范围，c为真空中的光速，n为光学腔内介质的折射率，L为光学腔的腔长。因此，自由光谱范围的计算以光学腔腔长和腔内介质折射率两个参数已知为前提。腔长L是一个容易测量的量，而介质的折射率n随材料的不同和周围温度，气流等均有变化，不易得到精确结果，从而影响自由光谱范围的计算结果。

发明内容

针对上述问题本发明提供了一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置及方法

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

根据自由光谱区的定义，把测量过程的每个步骤用直观的方法表征出来，然后直观读出自由光谱范围的值。具体过程与自由光谱范围定义的对应关系如下：单频激光器输出的激光经调制后产生一系列的载波和调制边带，载波对应波长λ₁的激光，调节射频信号源的输出频率可使调制边带的波长在λ₁和λ₂之间调谐，调制边带对应波长为λ₂的激光；将调制后的激光注入光学腔，使用低频信号源给高压放大器输入一个三角波信号用来扫描光学腔腔长；此时观察示波器上的图像，载波即对应波长为λ₁的干涉圆环，调制边带对应波长为λ₂的干涉圆环；连续改变射频信号源的频率，当示波器显示的载波与调制边带重合，表明波长为λ₁的m级干涉圆环与波长为λ₂的m-1级(或m+1级)干涉圆环重合；此时射频信号源的输出频率为对应两个波长的差频λ＝λ₁-λ₂。

一种快速精确测量光学腔自由光谱区的装置，包括单频激光器、光学腔、低频信号源、高压放大器、电光调制器、射频信号源、光电探测器、示波器；