专利名称：一种可调谐激光器波长变化量的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量可调谐激光器波长变化量的装置，特别涉及一种测量波长控制器变化量和激光器波长变化量之间关系的方法。
背景技术：
随着激光技术的发展，可调谐激光器在生物医学、环境检测、光通信以及高精细光谱分析等许多领域都有着十分重要的应用。如可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS) 在烟气有害物质分析、化学光谱分析以及食品安全检查等方面的应用越来越广泛，其测量精度直接受限于激光器波长的调谐变化量。因此，对激光器波长变化量的测量是一项十分有意义的工作。目前，标定可调谐激光器输出波长控制器变化量和输出波长变化量的关系主要依赖于各类光谱仪和波长计。光谱仪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，价格较高。最关键的是，近年来由于激光技术的发展，所用可调谐激光器的线宽越来越窄，而光谱仪测量系统的精度和分辨率很难满足要求，对于这类窄线宽可调谐激光波长变化量的测量成为一个新的挑战。波长计可实现高精度的波长测量，波长计主要分为以下几种。基于谐波光频率链的激光波长测量方法(Jennings D A,Pollock C R，and Peterson K R,Direct frequency measurement of the “-stabilized He-Ne 473THz(633nm)laser. Opt. Lett. ,1984,8(3) 136-138)，在实际测量过程中如果链中光频之间的间隙过大(超过10GHz)，要在已知光频与任一未知光频之间架起桥梁仍然是十分困难的。基于光学频率梳的光波长直接绝对测量方法(Th. Udem, J. Reichert, R. Holzwarth, T. W. Hansch, Accurate Measurement of Large Optical Frequency Differences with a Mode-Locked Laser. Opt. Lett. ,1999,24(13) 881-88 ，利用该方法要达到很高的测量准确度非常困难，测量准确度越高，对仪器的要求也就越高，测量系统也就越复杂。比较常见的是基于干涉原理的激光波长测量方法，典型的商品化波长测量仪器有迈克尔逊干涉型、斐索干涉型和F-P干涉型等。这些方法对系统的稳定性要求较高，结构装置比较复杂，成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有可调谐激光器波长变化量测量技术的不足，提出了一种基于光腔衰荡光谱技术的可调谐激光器波长变化量的测量方法，具有结构简单，可移植性强且适用于不同波段可调谐激光器波长变化量的测量。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种可调谐激光器波长变化量的测量方法，将待测激光器输出光束入垂直射到光学谐振腔，激光束从第一块平凹高反射镜中心进入光学谐振腔，在光学谐振腔内来回反射，光电探测器探测从第二块平凹高反射镜输出的光强衰荡信号，从第二块平凹高反射镜透射光能量随时间按单指数函数衰减，衰荡时间可由表示为
权利要求
1.一种可调谐激光器波长变化量的测量方法，其特征在于(1)由两块平凹高反射镜和一个气体池组成密闭的光学谐振腔，两块平凹高反射镜固定在气体池两端，两块平凹高反射镜的凹面相对且平行；(2)在密闭的光学谐振腔内充入在待测激光器调谐波段内有至少两条吸收谱线的气体，将待测激光器输出光束垂直入射到第一块平凹高反射镜中心，光电探测器探测从第二块平凹高反射镜输出的光腔衰荡信号；(3)在足以覆盖充入光学谐振腔内气体的至少两条吸收谱线的波长范围按固定步长调谐待测激光器的波长控制器，每调谐一次波长控制器就由光电探测器记录一次光腔衰荡信号，将光腔衰荡信号按照单指数衰减函数拟合出衰荡时间，得到在不同波长控制器输出量下的衰荡时间，从而得到光腔衰荡时间与波长控制器输出量的关系曲线，称为A曲线；(4)通过A曲线可得到相邻两衰荡时间极小值对应的波长控制器输出量之差，称为B 值，查阅充入光学谐振腔内气体的吸收谱线数据，得到与A曲线对应的相邻两条吸收谱线峰值波长差，称为C值，C/B即为每单位波长控制器变化量对应的输出波长变化量。
2.根据权利要求1所述的一种可调谐激光器波长变化量的测量方法，其特征在于所述的待测激光器是波长可调谐的，待测激光器出光方式可以是脉冲光或连续光。
3.根据权利要求1所述的一种可调谐激光器波长变化量的测量方法，其特征在于所述的两块平凹高反射镜凹面的反射率在待测激光器调谐波段内大于99%。
4.根据权利要求1所述的一种可调谐激光器波长变化量的测量方法，其特征在于所的光学谐振腔为稳定腔或共焦腔，光学谐振腔腔长L满足0 < L < 2r，其中r为平凹高反射镜凹面曲率半径。
5.根据权利要求1所述的一种可调谐激光器波长变化量的测量方法，其特征在于所述充入光学谐振腔内气体的含量应保证在气体的吸收谱线峰值处光学谐振腔内吸收损耗不低于0. 0001。
6.根据权利要求1所述的一种可调谐激光器波长变化量的测量方法，其特征在于所述光学谐振腔内充入气体后，在整个测量过程中应保持光学谐振腔内压强恒定。
7.根据权利要求1所述的一种可调谐激光器波长变化量的测量方法，其特征在于所述的充入光学谐振腔内的气体可以是一种气体，也可以是两种及以上气体的混合气体。
8.根据权利要求1所述的一种可调谐激光器波长变化量的测量方法，其特征在于若充入光学谐振腔内的气体在待测激光器波长调谐范围内有N条吸收谱线，N > 2，测得的A 曲线中有N个衰荡时间极小值，把待测激光器波长调谐范围分成了 N-I个区间，A曲线中第 η和η+1个衰荡时间极小值对应的波长控制器输出量之差&，η为整数，η = 1，2，···，Ν-1，查阅充入光学谐振腔内气体的吸收谱线数据，得到与Bn对应的两条吸收谱线峰值波长差Cn， Cn/Bn即为在第η个区间内每单位波长控制器变化量对应的待测激光器输出波长变化量，则 棚職碰份聽@醜鮮碰餓継撤制細待测激光器输出波长平均变化量。
全文摘要
一种可调谐激光器波长变化量的测量方法，根据光腔衰荡光谱技术原理，待测激光器输出光束入射到稳定光学谐振腔，光学谐振腔内充入在待测激光器波长调谐范围内有至少两条吸收谱线的气体，通过波长控制器调谐激光器输出波长，使其扫过两条完整的气体吸收谱线。记录下在不同波长控制器输出量时的光腔衰荡信号，进而可得在不同波长控制器输出量下的衰荡时间曲线，将该曲线的与充入光学谐振腔内气体的吸收谱线对比，即可得到波长控制器变化量与输出波长变化量之间的关系。本发明提出了测量可调谐激光器波长变化量的新方法，其适用于各类可调谐激光器，并且可以对从紫外到中远红外的所有可调谐激光器进行测量，具有结构简单，系统移植性强等优点。
文档编号G01J9/00GK102183308SQ20101062388
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者曲哲超, 李斌成, 韩艳玲 申请人:中国科学院光电技术研究所