CN103196569B - 一种旋转法布里-珀罗干涉镜测量激光波长的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旋转法布里-珀罗干涉镜测量激光波长的方法，用一个两表面互相平行的透明平面镜作干涉镜，把该干涉镜垂直放置固定在一水平转台上，将一束待测激光水平入射到垂直放置的干涉镜上；通过数据采集卡控制步进电机带动转台转动，使待测激光对干涉镜的入射角连续匀速改变；通过功率计连续记录待测激光各个入射角对应的透射激光功率；通过所述计算机编写界面，显示各个入射角对应的透过激光功率并绘制激光透过率随激光入射角变化的曲线；根据该曲线得到各个透过率峰值对应的激光入射角角度值，进而由相位差公式计算得出待测激光的波长。本发明操作简单，测量精确度较高，稳定性高，系统所用仪器取材方便、造价成本低，维护方便。

Description

一种旋转法布里-珀罗干涉镜测量激光波长的方法
技术领域
本发明涉及一种测量激光波长的方法，具体地说是一种旋转法布里-珀罗干涉镜测量激光波长的方法。
背景技术
激光波长是激光器研究及应用中的重要参数之一，目前激光波长测量主要有光谱法、法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉法（简称F-P干涉）、迈克尔逊干涉法等等，这些测量方法所涉仪器一般体积较大、结构复杂,造价高,严重地制约了测量方法的使用和推广。
目前采用F-P干涉法测量波长，主要采用平移法，其原理是改变F-P两个平行镜的间距，测量激光透过F-P干涉仪的透过率随F-P两个平行镜的间距变化的曲线，根据透过率曲线峰值之间对应的间距计算激光波长，但是这种测量方法要求F-P干涉仪的两片高反射率反射镜在移动过程中要严格保持平行，并且要求移动间距要均匀，因此平移法测量激光波长的方法要求系统精度高、结构复杂、造价高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种操作简单，测量精确度较高，稳定性高，系统成本低的旋转法布里-珀罗干涉镜测量激光波长的方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种旋转法布里-珀罗干涉镜测量激光波长的方法，其特征是：用一个两表面互相平行的透明平面镜作干涉镜，把该干涉镜垂直放置固定在一水平转台上，将一束待测激光水平入射到垂直放置的干涉镜上；通过有VB语言编程的计算机控制数据采集卡，由数据采集卡控制步进电机带动转台转动，使待测激光对干涉镜的入射角连续匀速改变；通过功率计接收透过干涉镜后的激光并测量激光功率，功率计连续记录待测激光各个入射角对应的透射激光功率；通过所述有VB语言编程的计算机编写界面，显示各个入射角对应的透过激光功率并绘制激光透过率随激光入射角变化的曲线；根据激光透过率随激光入射角变化的曲线得到各个透过率峰值对应的激光入射角角度值，进而由相位差公式计算得出待测激光的波长。
本发明待测激光对干涉镜的入射角为-20o至+20o。
本发明利用法布里-珀罗干涉原理测量激光波长，通过旋转法布里-珀罗干涉镜，使待测激光对干涉镜的入射角连续匀速改变，进而通过有VB语言编程的计算机进行数据处理和显示，准确得出待测激光的波长。对照现有技术，本发明操作简单，测量精确度较高，稳定性高，系统所用仪器取材方便、造价成本低，维护方便。具有很高的实用价值和广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明系统构成示意图。
图中的标号为：1.干涉镜、2.转台、3.步进电机、4.数据采集卡、5.功率计、6.计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明一种旋转法布里-珀罗干涉镜测量激光波长的方法，用一个两表面互相平行的透明平面镜作干涉镜1，干涉镜1可以用锗片两表面抛光制作，干涉镜1的厚度为1.2mm。把该干涉镜1垂直放置固定在一圆形水平转台2的中央区域上，该转台2可以绕垂直中心轴转动。将一束待测激光水平入射到垂直放置的干涉镜1上，激光束在干涉镜1的两表面之间多次反射和部分透射。通过有VB语言编程的计算机6控制数据采集卡4，进而由数据采集卡4控制步进电机3带动并控制转台2转动，使待测激光对干涉镜1的入射角连续匀速改变，通过功率计5接收透过干涉镜后的激光并测量激光功率；功率计5连续记录待测激光各个入射角对应的透射激光功率；通过所述有VB语言编程的计算机6编写界面，显示各个入射角对应的透过激光功率并绘制激光透过率随激光入射角变化的曲线；根据激光透过率随激光入射角变化的曲线得到各个透过率峰值对应的激光入射角角度值，进而由相位差公式计算得出待测激光的波长。
本发明所述待测激光对干涉镜1的入射角从-20o到+20o，转台转动稳定，并在控制之下匀速转动且转速适当，以保证功率计和控制及成像系统有足够的时间完成同步的记录透过率随入射角变化的曲线。
本发明旋转法布里-珀罗干涉镜测量激光波长的方法所使用器件有干涉镜1、转台2、步进电机3、数据采集卡4、功率计5、计算机6。本发明所涉及的器件均为通用器件，在此不再详细介绍。
本发明旋转法布里-珀罗干涉镜测量激光波长的方法的工作原理是：激光束在干涉镜1锗片两表面之间经过多次反射和透射，设空气中入射角为i1，干涉镜1锗片内的折射角为i2，干涉镜1的锗片折射率为n2，设锗片厚度为h，表面的反射率为R，入射光振幅为A0，根据折射定律，则干涉镜1前表面透射光的振幅为，第一次在后表面反射的振幅为，透射的振幅为 。从后表面相继透射出来的各光束的振幅依次为,，，，…。相邻透射光束的光程差值相等为
(1)
由此引起的位相差为
(2)
入射及透射光强为振幅的平方，则多束透射光叠加由下式表示
(3)
由式（3）可知，对于给定的R值，透射光强IT随而变，当时，t透射光强为最大值I0；当时，振幅为最小值。当10μm波长激光束垂直锗片入射时，反射率约为0.36。
通过式（1）可知对于给定激光波长，位相差变化可以通过改变锗片角度来实现，
通过理论计算可以证明入射角度在较小的范围内（0-30o）变化时激光反射率变化非常小，因此可忽略反射率变化的影响。
实验中以转台-20度为起点，转动到转台+20度结束，实验测量的曲线结果与理论计算曲线一致，通过测量出左右第一峰值间的角度然后除以2，和由中心左右第二峰值间的角度，然后除以2，即可由式（1）、（2）、（3）式计算出激光波长。
本发明利用法布里-珀罗干涉原理测量激光波长，通过旋转法布里-珀罗干涉镜，使待测激光对干涉镜的入射角连续匀速改变，进而通过有VB语言编程的计算机进行数据处理和显示，准确得出待测激光的波长。本发明操作简单，测量精确度较高，稳定性高，系统所用仪器取材方便、造价成本低，维护方便。本发明测量方法同样适用于其它波长激光（如可见光、近红外、THz波段）的测量，具有很高的实用价值和广泛的应用前景。

Claims (2)

1.一种旋转法布里-珀罗干涉镜测量激光波长的方法，其特征是：用一个两表面互相平行，厚度已知的平面镜作为法布里-珀罗干涉镜，固定在一个绕垂直中心轴转动的水平转台中心，法布里-珀罗干涉镜与转台垂直；待测激光沿水平方向入射到法布里-珀罗干涉镜上，计算机通过数据采集卡控制步进电机驱动水平转台匀速转动，以连续改变待测激光在法布里-珀罗干涉镜上的入射角；一定光学厚度的法布里-珀罗干涉镜对波长为λ的激光的透射率随其入射角变化而周期性变化，采用功率计测量法布里-珀罗干涉镜后的透射激光功率，通过计算机绘制透射激光功率随入射角度的变化曲线，由于入射激光功率一定，激光功率随入射角度的变化曲线与法布里-珀罗干涉镜的透射率曲线一致，根据该曲线找到中心左右第一峰，计算其对应角度差的半值i2，然后找到左右第二峰，计算其对应角度差的半值i2'，分别代入计算对应的位相差，使之满足透过率极大值条件，即位相差为2mπ，m为整数，有
式中h是法布里-珀罗干涉镜的厚度，n2是法布里-珀罗干涉镜的折射率，两式相减进而求得待测激光波长λ。
2.根据权利要求1所述的旋转法布里-珀罗干涉镜测量激光波长的方法，其特征是：所述待测激光在法布里-珀罗干涉镜上的入射角在-20°至+20°之间匀速连续改变。
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