基于透射光斑形态监测的光腔衰荡调腔方法

为克服光腔衰荡高反射率测量过程中初始腔和测试腔结构转换导致的腔参数相对失调,提升调腔效率,提出一种基于衰荡腔透射光斑形态监测的调腔方法。以衰荡腔透射光斑外接矩形宽高比及光斑与其外接矩形面积的比率作为调腔依据,抑制腔参数失调导致的高阶横模激发,使初始腔和测试腔透射光斑均保持在基横模状态。实验结果显示:以宽高比和面积比作为调腔依据,不仅能够分辨不同的光斑模式,同时能有效应对模式间的特殊光斑形态(如椭圆光斑、多模跳变等)。当初始腔和测试腔光斑均调节至基横模状态时,测得的样片反射率均值最高且方均根最小。结果表明该方法有助于提高光腔衰荡高反射率测量技术的调腔效率。     

衰荡光腔中腔镜倾斜分析

分析了衰荡腔中腔镜倾斜产生的腔长失调和单程损耗因子变化,根据失调腔矩阵分析方法并参照实验参数,建立了腔镜角度失调下反射率测量的理论模型.利用该模型,模拟了不同腔镜倾斜量下的衰荡信号波形,分析了波形变化的原因,研究了测量精度与腔镜倾斜量的关系.分析表明,腔镜微小倾斜产生的衍射损耗的变化可以忽略,但导致的腔长变化和衰荡光斑漂移,会限制测量的精度.将衰荡波形的变化用于腔镜角度的精确调节中,可以提高该测量精度.     

光腔衰荡法的单波长反射率测量实验研究

分析了反射率光腔衰荡法测量原理的近似条件,讨论了共焦腔的失调特性,计算了腔镜反射率对衰荡信号的影响。在此基础上,为减少OPO激光束的衍射损耗引入的测量误差,选择He-Ne激光作导引光,建立以共焦腔为衰荡腔的单波长反射率测量装置。利用直腔和折叠腔对腔镜和插入镜片的反射率进行了实验测量。直腔方式下测量的均方差小于6×10-6。分析表明,光腔衰荡法只适用于高反镜反射率的测量;在光路调节中采用具有对数变换功能的示波器,可以提高测量精度。     

光腔衰荡法测量硅片掺杂特性的仿真和实验研究

光腔衰荡法对腔内介质吸收有着极高的测量灵敏度，可实现腔损耗的精确测量。本文基于自由载流子吸收理论和谐振腔理论，建立了半导体材料特性测量的光腔衰荡理论模型，推导了腔衰荡信号与半导体材料特性参数和光学谐振腔结构参数间的函数关系，并进行了仿真分析和实验验证。仿真结果表明：光腔衰荡法可以实现半导体材料特性的精确测量，如掺杂浓度和电阻率。同时，基于该技术对半导体单晶硅片掺杂浓度和电阻率进行了实验测量，结果分别为(2.65±0.38)×10¹⁶ cm^-3和(0.61±0.07)Ω·cm，说明该方法在半导体材料特性测量中具有很好的应用潜力。     

腔衰荡法四腔镜反射率及腔内吸收测量

利用腔衰荡四腔镜轮换的方法 ,在常态下测得了四腔镜的反射率 ,同时得到了腔内对测量光的吸收损耗     

基于耦合光腔衰荡技术的高反射率测量

为提升光腔衰荡高反射率测量技术的精度,提出了一种基于耦合光腔衰荡技术的高反射率测量方法。该方法在耦合光腔衰荡系统中引入衰荡腔腔内模式监测模块,以腔内运行模式为判据寻找初始腔和测试腔耦合效率一致的状态,从而实现更高的测量精度。实验结果表明:在确保腔内模式处于基横模状态时,初始腔和测试腔腔内的等效损耗降低值几乎一致;对于同一高反射率待测样片,该技术对比传统方法可实现10.0%～27.1%测量精度的提升。     

快速腔长扫描光腔衰荡光谱仪及其中痕量气体测量中的应用

基于PZT快速腔长扫描技术和可调谐连续DFB激光器,搭建了一套快速腔长扫描光腔衰荡光谱探测装置,通过PZT快速腔长扫描实现激光单纵模与光腔纵模的模式匹配与破坏,以完成腔内光信号的独立衰减以及对此衰减过程快慢的测量。实验表明该装置不仅测量灵敏度高达10^-9量级,而且稳定性强,装置简单且易于操作。通过对CH₄气体在1653.72 nm 附近的吸收光谱测量,并用HITRAN数据库模拟校准,验证了该装置的定量测量能力。利用该装置通过固定激光波长测量吸收峰中心值方法对大气中CH4气体含量变化进行了探测。     

连续波腔衰荡吸收光谱技术中的模式匹配研究

对比了波长调制和腔长调制两种方式实现模式匹配的性能特点,通过测量空腔衰荡时间并进行Allan方差分析,得到两种调制方式的衰荡时间分别为（5.239±0.077）μs和（5.252±0.058）μs,该系统的吸收系数检测限为10^-10量级。对于甲烷气体浓度,通过步进式改变入射激光的波长,描绘了甲烷气体的吸收谱线,其检测限可达10^-9量级。利用波长调制和腔长调制方式得到环境中甲烷气体的浓度分别为1.868×10^-6和1.870×10^-6。实验结果表明,虽然波长调制和腔长调制均能实现模式匹配,完成痕量甲烷气体的测量,但是通过对比可知：腔长调制方式具有更高的测量精度和更低的浓度检测限;波长调制方式发挥了可调谐激光器的优势,结构相对简单,无需压电陶瓷等附加的机械结构。因此,在实际应用中可根据需求在测量性能和装置复杂度及成本之间进行取舍。     

衰荡腔腔长失调的实验分析

光腔衰荡法是一种高反射率的测量技术.在腔长失调的情况下,根据高斯光束空间传输表达式和光腔衰荡法测量原理,建立了反射率测量的理论模型.利用模拟计算,得到了腔长失调对衰荡信号的影响.通过与实验现象相比较,证明了理论分析方法是合理的.     

用于连续波腔衰荡法测量的LD驱动电路设计

为了将半导体激光器应用于连续波腔衰荡法腔损耗测量,设计了半导体激光器的驱动电路.该电路由调制、驱动、温控等模块组成,在采用多光束干涉理论对连续波腔衰荡法测量原理进行分析和数值模拟的基础上,提出了驱动电路各模块的参数要求,对该电路各参数进行测试后,应用该电路建立了连续波腔衰荡法腔损耗测量系统,并进行了实验.经测试得知,在保证半导体激光器安全工作的前提下,该电路对于半导体激光器的关断时间约为60ns,对半导体激光器的温度控制精度优于0.01℃;对某单程腔损耗约为50×10-6的衰荡腔测试表明,腔损耗测量精度优于1%.结果表明,该电路达到理论设计要求,可应用于高精度腔损耗测量.     

衰荡腔失调下的波形仿真

在高反射率的精确测量中,光腔衰荡系统的腔失调直接影响着反射率测量结果的精度。根据光束传输变换规律和信号叠加方式,利用最小二乘法进行数据拟合,建立了腔失调对衰荡波形的影响模型。通过数值运算,模拟了不同腔长失调或腔镜倾斜下衰荡信号波形的变化情况。通过比较,与实验结果吻合较好。仿真结果表明,将示波器上的衰荡波形用于衰荡腔的精密调节中,可以提高测量精度。分析给出了衰荡光腔实验调节的两个判据:1)根据衰荡波形的峰值包络线的变化趋势来调节衰荡腔的腔长;2)根据衰荡波形中相邻奇、偶次脉冲幅值的大小对比调节衰荡光腔的腔镜角度。     

光腔衰荡高反射率测量技术综述

综述了光腔衰荡高反射率测量技术的发展历史和国内外最新研究进展,给出了各种光腔衰荡技术的原理,分析了相应的优缺点以及用于高反射率测量的现状。主要包括脉冲光腔衰荡、相移光腔衰荡、窄谱连续光腔衰荡和自混合光腔衰荡技术。     

超高反射率测量系统的精密调试

在高反射率的精确测量中,光腔衰荡系统的调节直接影响反射率测量结果的精度.介绍了大口径超高反射率测量系统的结构及其工作原理,讨论了影响系统测量精度的因素,理论上估算的测量精度为9.1×10-6.在直腔下对该系统的性能进行了实验调试,根据衰荡波形的峰值包络线的变化趋势来调节衰荡腔的腔长;根据表荡波形中相邻奇、偶次脉冲幅值的大小对比调节衰荡光腔的腔镜角度.实验测试结果表明,系统的测量不确定度优于7×10-6,最大测量误差为1.3×10-5,与理论上预计误差在数量级上一致.     

用光腔衰荡测定腔镜及镜片的反射率

光腔衰荡是新的光谱技术。本文利用腔衰荡测定了一组腔镜的反射率,测出的误差达到10^-5量级;同时利用这一衰荡腔对全反镜的反射率进行了测定。该方法适用于不同环境下的镜片反射率的精确测定。     

探测器孔径大小对衰荡腔测量精度的影响

为了研究光腔衰荡光谱法的反射率测量精度,分析了腔长失调对衰荡腔模式影响。在此基础上,根据高斯光束空间传输表达式,推导了在一定腔长失调条件下,探测器孔径与衰荡脉冲信号的关系式。并利用数值模拟,分析了衰荡腔测量精度与探测器孔径大小的关系。结果表明,探测器孔径越大,测量的相对误差越小。     

连续激光光腔衰荡法精确测量高反射率

提出了基于宽谱半导体激光器连续激光光腔衰荡法测量高反射率的方法,给出了方波调制连续激光光腔衰荡法理论。采用锁相技术记录光腔输出信号一次谐波的振幅和相位,由振幅和相位随调制频率的变化曲线分别拟合衰荡时间。给出了不同腔长下两种拟合方式分别得到的衰荡时间,最终确定腔镜反射率为99.70%,误差小于0.01%。由频域拟合方式得到反射率结果,使可靠性得到提高。与脉冲激光光腔衰荡法相比,采用连续半导体激光器作光源,大大降低了成本,且由于光束质量高,更有利于提高测量精度。     

基于分光光度法的差分信号精确测量高反镜反射率

目前，高反射率反射镜在激光陀螺和引力波探测等领域中有着广泛的应用。但对于反射率为99.9%～99.99%的样品，现有测试手段存在一定局限性。搭建了基于分光光度法的反射率测量装置，采用双光路测量方法，通过测量参考信号和基准信号、参考信号和测试信号的差分信号来计算反射率。与绝对值较大的参考信号、基准信号和测试信号等相比，信号差值本身相对较小，因此可以充分利用锁相放大器的灵敏度来提高反射率的测量精确度。所介绍的测量方法的精确度可达10^-5，与光腔衰荡法进行对比，测量误差在0.009%以下。所提方法用简单的装置就能达到较高的精确度，满足99.9%～99.99%反射率的精确测量需求。     

宽谱连续波复合衰荡光腔技术测量高反射率

提出了一种连续波复合衰荡光腔(CRD)技术,可同时确定腔镜和待测镜高反射率,无需测量系统响应,提高了测量精度。以方波调制的连续激光耦合进衰荡腔,采用锁相方式探测衰荡信号一次谐波的振幅和相位。在数据处理中消除了系统响应的影响,由对应调制频率时直腔和折叠腔衰荡信号一次谐波的振幅比值和相位差值进行频域拟合,同时得到腔镜和待测平面镜的反射率。理论上推导了频域拟合函数。对100 cm共焦腔和110 cm稳定腔分别进行了直腔和折叠腔实验,最终确定腔镜反射率99.784%,待测平面镜反射率99.668%,测量精度达到10-5量级,与测量并消除系统响应后得到的反射率结果一致。     

探测器响应特性对光腔衰荡法测量结果的影响

探测器响应特性对衰荡信号的测量有很大影响。根据光束传输变换规律和信号叠加方式，只利用数据拟合，建立了探测器响应特性对衰荡信号和反射率测量结果的影响模型。通过数值运算，模拟了不同情况下衰荡信号波形的变化，进而分析了探测器响应特性对衰荡法测量结果的影响。研究表明，对于现有的数据处理方法，选择合适的探测器，能够提高测量结果的可重复测量精度；但其测量值0．990045与腔镜的真实值0．999存在差异。由此研究了测量结果随腔镜反射率的变化和数据预处理方式，提出了测量结果的两种标校途径：1)利用模拟测量结果与腔镜真实值之间的差异，从理论上对实验测试结果进行标校；2)先对衰荡波形进行梳状滤波等预处理，再用拟合法计算反射率。     

数据拟合点的截取对光腔衰荡法测量反射率的影响

利用光腔衰荡法测量反射率,探测器性能对衰荡信号的测量有很大影响,具有不同时间响应和灵敏度特性的探测器会得到不同的信号衰荡曲线起始点和信号淹没点.对于性能相同的探测器,在测量反射率不同的反射镜时,也会得到不同的信号淹没点.在数据拟合过程中,截取不同的数据起始点和信号淹没点,会得到不同的衰荡时间,从而影响反射率的测量精度.对衰荡信号进行对数变换,首次利用χ2拟合对数据进行处理,通过对有效拟合数据与斜率误差关系的分析,得到了最佳拟合数据点截取的方法.实验证明:此方法可有效处理无效光信号和噪声信号的分界点,给出了衰减时间的数据截取依据,有助于改善时间衰荡法测试的精度和重复性.