實驗名稱:環(huán)型諧振腔的優(yōu)化
測試設(shè)備:高壓放大器、信號發(fā)生器、示波器、半導(dǎo)體激光器、光學(xué)隔離器、鎖相放大器、比例積分器、探測器、壓電陶瓷等。
實驗過程:
圖1:環(huán)型腔的實驗裝置圖(其中實線代表光路,虛線代表電路)
實驗裝置如圖1所示,實驗中首先將由信號發(fā)生器產(chǎn)生的30Hz左右的三角波通過高壓放大器放大成高壓掃描信號,加在倍頻腔的壓電陶瓷上掃描倍頻腔的腔長,在示波器上觀察由透射出來的基頻光的透射峰。調(diào)節(jié)匹配透鏡的位置,焦距的大小,環(huán)型腔腔鏡的角度以及腔長,對倍頻腔進行模式匹配。
微調(diào)M2下面的一維平移架,逐漸拉長腔長,同時微調(diào)各腔鏡,當(dāng)示波器監(jiān)視的紅外模式變?yōu)椤罢也ā睍r,調(diào)節(jié)裝載的五維架下面的一維平移架,將晶體PPKTP推進環(huán)型腔,再經(jīng)過同上述一樣的步驟,微調(diào)匹配透鏡,腔鏡,直至晶體腔的監(jiān)視模式達到最佳狀態(tài),實驗得到晶體腔最佳模式匹配效率為87%。
圖2:426nm的藍(lán)光功率隨溫度的變化關(guān)系
匹配好晶體腔的模式后,利用自制的控溫儀對的溫度進行掃描,在示波器上監(jiān)視倍頻產(chǎn)生的藍(lán)光功率,搜索的最佳匹配溫度,實驗結(jié)果如圖2所示。
倍頻腔匹配好之后,將鎖相放大器提供的高頻調(diào)制信號加到半導(dǎo)體激光器的主激光器電流上,這時候在示波器上觀察852nm的透射峰,可以看到透射峰有明顯的快速抖動證明,此時調(diào)制信號己經(jīng)成功的加到激光器上了。
將探測器探測到的紅外譜線輸入到鎖相放大器的輸入端口。在鎖相放大器內(nèi)部,這個輸入信號會與鎖相放大器內(nèi)部的調(diào)制信號相乘,經(jīng)過濾波得到倍頻腔的鑒頻信號,由鎖相放大器的輸出端口輸出,實驗中仔細(xì)調(diào)節(jié)鎖相放大器的初始位相、調(diào)制頻率、調(diào)制幅度、時間常數(shù)、靈敏度等參數(shù),希望獲得信噪比高的鑒頻信號。
調(diào)好鑒頻信號后降低高壓放大器的偏置和增益,關(guān)掉信號發(fā)生器,將鎖相放大器得到的誤差信號通過PI送入高壓放大器,然后緩慢手動搜索高壓放大器的偏置和增益。
實驗結(jié)果:
圖3:產(chǎn)生的藍(lán)光功率隨泵浦功率的變化關(guān)系(三角形是直接測量得到的值;圓點代表考慮到輸出鏡的損耗的實際值;實線為理論值。)
圖4:轉(zhuǎn)換效率隨泵浦功率的變化關(guān)系(三角形為測量值;實線為理論值。)
實驗測得的藍(lán)光功率以及倍頻轉(zhuǎn)換效率隨泵浦光的變化如圖3和圖4所示。觀察圖3和圖4會發(fā)現(xiàn)理論值與實驗值在泵浦功率比較低時吻合的很好,但是當(dāng)泵浦功率比較大時實驗值與理論值有一些偏離。
總之,以PPKTP為倍頻晶體,四鏡環(huán)型腔為倍頻腔,在輸入藕合鏡透射率為7.6%,環(huán)型腔腔長為516mm,兩凹面鏡間的距離為58mm,最佳匹配溫度為318.3K時,從輸出鏡M2后測得了42mW的藍(lán)光,考慮到M2的透射率為77.2%,實際得到的426nm的藍(lán)光為54.4mW,倍頻轉(zhuǎn)換效率為40%。
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圖:ATA-7050高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
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