超稳腔与超稳激光器浅介

现代光学实验中需要频率非常稳定，线宽非常窄的激光。超稳腔可以帮助实现这样的目的。超稳腔通过把激光频率的稳定性转化到腔长的稳定性上。锁定在法布里-珀罗腔共振上的激光器可以在许多应用中用作振荡器。法布里-珀罗腔的共振频率v由

ν = nc /2L

其中n是一个整数，c是光速，L是腔的长度。因此，腔稳定激光器的频率关键取决于腔的长度。温度的变化，在腔内耗散的光功率和机械力，都有助于腔长度的变化。要使用空腔来稳定频率，必须保持其长度恒定。这是通过降低外部干扰和使腔体本身对这种干扰不那么敏感来实现的。法布里-珀罗腔由一个垫片和卡在垫片两端的两个镜子组成。为了有一个非常稳定的频率参考，反射镜由相同的材料制成(具有极低的热膨胀系数)作为间隔，并在两端光学接触。迄今为止最成功的材料是ULE(超低膨胀率玻璃)，它在室温下具有热膨胀系数(~1 × 10−8K−1)。亚赫兹线宽激光器是通过将它们的频率锁定在这样一个腔的模式上来构造的。

一个超稳腔实现稳频通常主要由如下部件构成

1.F-P腔，腔两面装有ULE（超低膨胀玻璃）

2.真空室，容纳F-P腔，给腔创造真空条件，这样ULE腔所处的温度才可以降到很低

3.离子泵，抽真空室，形成真空条件

4.温度控制器，检测和调节温度

5.PDH稳频模块，搭好的PDH 稳频光路。

这些器件相互配合在一起，通过稳定腔长达到稳定激光频率的目的。

基于超稳腔我们可以自己搭建稳频系统，当然也可以使用搭建好的一套系统，SLS提供完整的稳频激光器系统。参考的参数如下（当然可以定制各种参数，不限于这种）如果您有相关的需要，可以与我们昊量光电设备有限公司联系。

我们可以定制波长，不限于1530-1565nm的波长，输出功率也可以做到10-80mw之外功率。比如5mW和100Mw，阿伦方差可以小到负16次方量级，当然这一切都取决于实际需要。

在这张图中解释下阿伦方差这个参数：

Allan方差（阿兰方差或阿伦方差）则是将误差序列在某个指定的时间尺度上的波动情况进行精确提取，其具体计算步骤如下：

1.将整段误差序列按照你感兴趣的时间尺度的长度（例如1分钟）进行分块；

2.每块求平均值；

3.相邻块的平均值求差；

4.将所有差值进行统计，得到其均方值，并乘以1/2。

这样就得到了对应于这个块长度（1分钟）的Allan方差值。（具体过程见下图）

另外有些人会关心稳频的波长与线宽之间有何关系

线宽的表征单位可以用Hz与nm来表示。Hz和nm的换算关系如下：

频率：v，光速：c，波长：λ

由以下关系：

（1）c=v*λ

（2）△v=c/(λ*λ) *△λ

（3）△x=c/△v

其中△v为用Hz表示的线宽，△λ为用nm表示的线宽。

如：波长1550nm的SLS 1Hz稳频激光器，线宽用频率（Hz）表示为1Hz，则换算成长度（nm）来表示为8.008×10-12nm。

具体计算过程如下：

△v=c/(λ*λ) *△λ

则1Hz=3×10e8m/s÷（1550nm×1550nm）×△λ

解得△λ=8.008×10-12nm

有些人用稳定的波长来表示稳定精度，有些用稳定的线宽来表示。这样就可以相互转化，明确两者的关系。

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审核编辑 黄昊宇