激光稳频技术

　　在许多实际应用中，不仅要求激光器实现单频输出，而且还要求单频激光器的频率本身稳定。要使激光器频率稳定则要通过稳频技术来实现。

　　1．频率的稳定性和复现性。通常用频率的稳定性（又称稳定度）和复现性这两个物理量来表示激光频率稳定的程度。

　　频率稳定性通常指激光器在连续运转时，在一定的时间间隔内平均频率（v）与该时间内频率的变化量（Δv）之比。

　　S=v/Δv　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(20-1)

　　显然，变化量Δv越小，则S越大，频率的稳定性愈好。

　　频率稳定度分为短期稳定度和长期稳定度，常用1s作为界限，观测 时间τ大于1s的称为长期稳定度。

　　频率复现性是表示激光器在不同的时间、地点等条件下频率重复或再现的精度。

　　复现性定义为：

　　R＝v/δv　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（20－2）

　　式中v为平均频率，δv表示在不同情况下的频率改变量。

　　由此可见频率的稳定和复现性是两个不同概念。所以考查一台激光器的稳频精度，需用稳定度和复现性来衡量。

　　2．影响激光频率稳定的因素。由（18－7）式，激光的纵模频率为

　　vq=(c/2nL)q　　　　　　　　　　　　　　　　　　(20-3)

　　如果上式中腔长L和介质折射率n发生变化，将引起频率vq的变化。

　　将上式微分，得到：

　　Δv/v=-(ΔL/L+Δn/n)　　　　　　　　　　　　　　　　　　(20-4)

　　由此可见，激光频率的稳定受下列因素影响：

　　（1）温度引起腔长变化。则有

　　Δv/v=-ΔL/L=-aΔT　　　　　　　　　　　　　　　　　　(20-5)

　　ΔT是温度变化量，a是构成谐振腔材料和线膨胀系数；石英玻璃a=6×10-7/度；殷钢a=9×10-7/度。所以稳频激光器采用石英玻璃作为激光管，用殷钢材料作为支架。

　　（2）大气变化引起折射率的变化。当空气温度、气压和湿度变化时，频率变化为

　　|Δv/v|=9.3×10-7ΔT+3.6×10-7ΔP+5.7×10-7ΔPH

　　（3）机械振动对频率稳定性的影响。机械振动可引起腔长变化，也会使布氏窗片法线与光轴夹角变化，从而引起频率的相对变化，变化量为：

　　Δv/v=dΔβ/nLsinβ　　　　　　　　　　　　　　　　（20－6）

　　式中d为窗片厚度，Δβ为窗片法线与光轴夹角变化量。