专利名称：一种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器线宽测量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量激光器输出谱线宽度的方法，特别涉及一种测量波长可 调谐激光器输出谱线宽度的方法。
背景技术：
随着激光技术的发展，激光器在生物医学、微加工、相干检测、光通信高精细光谱 等许多领域都有着十分重要的应用，而且在许多情况下都对激光器的谱线宽度特性有着十 分严格的要求，如在准分子激光光刻、光纤干涉测速，痕量气体检测系统中，激光器的线宽 特性对整个系统的性能起着决定性的作用。因此，对激光器线宽进行测量是一项十分有意 义的工作。传统的测量激光器线宽的仪器有光谱仪和法布里_泊罗干涉仪。这两种仪器虽然 在技术上比较成熟，但也具有明显的缺点。例如光路搭建繁琐，需反复调试；结构庞大，且 误差较大；最关键的是，近年来由于激光技术的发展，，所用激光器的线宽越来越窄，而上述 这两种测量系统的精度和分辨率很难满足要求，对于这类窄激光线宽的测量成为一个新的 挑战。日本的Okoshi T等人提出的延时自外差拍频法激光器线宽测量系统(OkoshiT， KikuehiK, and Nakayama A, Novel method for high resolution measurement of laser out Putspectrum, Electron. Lett. 16, (630-631) 1980)及“基于光纤延时自外差法的 测量窄线宽激光器线宽装置及其测量方法”(中国专利申请号200710178384. 6，公开号 CN101201243A，
公开日期2008年6月18日)提供了一种使用自外差法测量窄线宽激光器 的线宽，测量办法就是基于光纤延时自外差法的原理，干涉产生拍频，然后通过频谱分析仪 测量拍频宽度，从而就可以得到待测激光的线宽。自差干涉法可以用来分辨IKHz的激光 线宽，但该方法需要一个复杂且昂贵的系统，其中包括很长的一段单模光纤、一个声光调制 器、两个光纤耦合器以及频谱分析仪等。

发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有激光器谱线宽度测量技术的不足，提供一 种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器线宽的测量方法，具有测量灵敏度高，结构简单， 成本低廉且适用于各个波段可调谐激光器线宽的测量。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于光腔衰荡光谱技术的 激光器线宽测量方法，被测激光入射到由两平凹高反射镜构成的稳定的光学谐振腔， 部分光能耦合进入腔内，在两个高反射镜之间来回反射，每一次循环，腔内光能量都会 由于腔镜透射和腔内气体吸收而减小，其随时间以指数形式衰减，衰荡时间可表示为
c[(l-R) + a(A)L\
R为平凹高反射镜的反射率，ο (λ)为气体对波长为λ光的吸收系数。由此可以看出，不
权利要求
一种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器线宽测量方法，其特征在于实现步骤如下(1)密闭样品池的两端安装两块相同的、凹面镀高反膜的平凹高反镜，高反射率波段覆盖可调谐激光器波长调谐范围，凹面相对构成稳定的衰荡腔；(2)选择一种在所测可调谐激光器输出波段内有较强吸收谱线的气体，并将其充入密闭的衰荡腔；(3)可调谐激光器输出的激光束准直后从一平凹高反镜进入衰荡腔，在衰荡腔内来回反射，部分激光束从另一平凹高反镜输出，经聚焦透镜聚焦到光电探测器上，由光电探测器得到光腔输出信号；(4)根据可调谐激光器的输出谱波段及线宽范围选定测量波段及波长扫描步长，调谐可调谐激光器输出波长，探测衰荡腔输出信号，按照单指数衰减函数拟合出计算衰荡时间，根据不同入射波长处所得衰荡时间，利用公式 得到不同波长处气体的吸收损耗，从而得到气体吸收光谱曲线G(v，Δv1)，即腔内气体对波长为λ光的吸收损耗σ(λ)与激光波长λ或激光频率v的关系曲线，其中L为衰荡腔长，c为光速，R为平凹高反射镜的反射率，σ(λ)为腔内气体对波长为λ光的吸收损耗，Δv1为线宽为气体吸收光谱曲G(v，Δv1)的线宽，v＝c/λ；(5)通过数据处理将所测得的气体吸收谱线G(v，Δv1)与HITRAN数据库中所给的气体吸收谱线F(v，Δv2)解卷积，得到激光器输出光谱谱线形状H(v，Δv0)，进而得到谱线宽度Δv0；Δv2为吸收谱线F(v，Δv2)的线宽。FSA00000234272000011.tif
2.根据权利要求1所述的一种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器线宽测量方法， 其特征在于所测量的激光器输出波长在一定波段内可调。
3.根据权利要求1所述的一种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器线宽测量方法， 其特征在于所述的两块相同的、凹面镀高反膜的平凹高反镜的反射率在激光器波长调谐 范围内大于99% ；所构成的衰荡腔为稳定腔或共焦腔，腔长L满足0 < L < 2r，其中r为腔 镜凹面的曲率半径。
4.根据权利要求1所述的一种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器线宽测量方法， 其特征在于所选择的吸收气体在激光器输出波长调谐范围内应至少存在一个完整的且吸 收强度大于10_25Cm_7mol · cm_2的吸收谱线。
5.根据权利要求1所述的一种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器线宽测量方法， 其特征在于在保持衰荡腔内压强不变的情况下，充入衰荡腔内吸收气体的含量应保证在 气体吸收谱线峰值处腔内吸收损耗不低于0.0001。
6.根据权利要求1所述的一种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器线宽测量方法， 其特征在于所述的光腔衰荡信号通过数字示波器记录或高速数据采集卡采集。
全文摘要
一种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器线宽测量方法，属于光电工程技术领域。其特征在于被测可调谐激光束入射到两块平凹高反射镜组成的稳定谐振腔，腔内充有在可调谐激光器输出波段内有较强吸收谱线的气体。调谐激光器输出波长，使其扫过一个完整的气体吸收峰。由于气体的吸收强度与入射光波长有关，在入射光波长不同时，衰荡腔输出信号的衰荡时间就不同。分别测量腔内有气体吸收时各波长处的光腔衰荡时间，进而可得到不同激光波长处的气体吸收系数，即吸收光谱图，该光谱图实际上是入射光谱与气体吸收光谱的卷积，通过拟合得出的该光谱曲线线宽和HITRAN数据库中所给的气体吸收线宽，即可得到激光器输出光谱线宽。本发明提出了激光器线宽测量的新方法，其测量结果不受激光器强度波动的影响，并且具有结构简单，测量精度高等优点。
文档编号G01B11/02GK101949688SQ20101025639
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月17日 优先权日2010年8月17日
发明者刘卫静, 曲哲超, 李斌成, 韩艳玲 申请人:中国科学院光电技术研究所