[發明專利]法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和細度快速測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201810322100.4
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108507616B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 黃學人;汪紹茂;曹健;舒華林;崔凱楓;晁思嘉;張平;袁金波;劉道信;孫成龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

本發明公開了法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和細度快速測量裝置，包括負極衍射調制器、正極衍射調制器、法布里珀羅腔、分光鏡、PD探測器、示波器、CCD相機、顯示器和激光器。本發明還公開了法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和細度快速測量方法，本發明裝置光路、電路簡單，不需要真空、隔振裝置，不需要使用PDH激光穩頻技術，測量超穩法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和腔鏡細度的過程簡單、快速、準確、重復性高。

技術領域

本發明涉及激光穩頻技術，更具體涉及法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和細度快速測量裝置，還涉及法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和細度快速測量方法。適用于激光物理、原子頻標、量子計算、精密測量等需要超穩法布里珀羅腔的領域。

技術背景

窄線寬激光器已成為精密光譜測量、光學頻率標準、引力波測量、量子計算和物理基本常數測量等眾多領域不可或缺的工具。目前，獲得超窄線寬激光的主要方法是利用PDH（Pound-Drever-Hall）穩頻技術將自由運轉的激光參考鎖定至特殊設計的法布里珀羅腔上。目前法布里珀羅腔腔體材料一般選用熱膨脹系數極低的玻璃材料。如ULE材料，該材料的熱膨脹系數極低，且存在零膨脹系數的溫度點。若將ULE材料法布里珀羅腔的溫度穩定控制在該溫度點時，可以獲得一天的頻率漂移在kHz水平的激光。要實現一臺ULE材料的超穩法布里珀羅腔，不僅需要精確的溫度控制，還需要精確的調節法布里珀羅腔零膨脹溫度點。因此如何準確的測量超穩法布里珀羅腔的零膨脹溫度點是獲得超穩窄線寬激光必不可少的的環節。激光通過PDH穩頻的方式參考在一臺法布里珀羅腔上時，由于激光頻率的變化正比于法布里珀羅腔腔長的變化，因此激光頻率隨溫度的變化量為零的溫度點即為零膨脹溫度點。目前常使用飛秒光梳精確測量法布里珀羅腔零膨脹溫度點：將激光通過PDH穩頻的方式參考在待測法布里珀羅腔上。然后改變法布里珀羅腔的溫度，與此同時使用飛秒光梳測量該溫度點時的激光頻率，當測得激光頻率隨溫度的變化量時，該溫度點即為零膨脹溫度點。使用的飛秒光梳操作復雜、價格昂貴，不是大多數實驗室所具有的。而通過PDH穩頻方式將激光參考在法布里珀羅腔上，其不僅對真空、溫度、振動等條外界條件有較高要求，還需要復雜的光路和電路。因此通過以上方式很難對超穩腔零膨脹溫度點進行低成本、快速的測量，尤其增加了零膨脹點溫度可調法布里珀羅腔的成本。

本發明裝置還可以用于法布里珀羅腔腔鏡細度的快速測量。使用PDH穩頻的方式將激光參考在法布里珀羅腔上的技術中，通常需要測量法布里珀羅腔腔鏡細度，以此檢驗高細度的腔鏡是否在安裝過程和真空制備過程受到污染、腔鏡的細度是否滿足的要求。本發明裝置通過測量共振激光在法布里珀羅腔內衰蕩的功率和時間的方式測量法布里珀羅腔腔鏡細度。

綜上所述，為了提高測量的速度，降低測量的成本，需要法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和細度快速測量裝置和方法。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明提供法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和細度快速測量裝置，還提供法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和細度快速測量方法，可以簡單、快速、準確的測量法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和腔鏡細度。可以廣泛于激光物理、頻標、量子計算、精密測量等需要超穩法布里珀羅腔的領域。

為了達到上述的目的，本發明采用如下技術方案：

法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和細度快速測量裝置，包括激光器，

激光器輸出設定頻率的激光，設定頻率的激光經光纖和耦合頭輸入到負極衍射調制器中進行減頻率調制，經負極衍射調制器調制后的激光通過第一反射鏡反射進入到正極衍射調制器中進行增頻率調制，經正極衍射調制器調制后的激光依次經過第二反射鏡、第三反射鏡反射后耦合進入法布里珀羅腔，經過法布里珀羅腔耦合后的激光經分光鏡分為透射光和反射光，透射光由CCD相機監測共振模式信號并由顯示器顯示共振模式信號，反射光由PD探測器監測獲得光功率強度信號，示波器監測顯示光功率強度信號。

法布里珀羅腔的零膨脹溫度點和細度快速測量方法，包括法布里珀羅腔的零膨脹溫度點測量步驟：

步驟1、設定法布里珀羅腔的溫度；