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(tài)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(fā)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(tài)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(tài),。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(tài)的縱模匹配,。
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