CN108548659B - 一种用于记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的装置及方法 - Google Patents

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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for

Abstract

本发明公开了一种用于记录法布里‑珀罗腔的衰荡曲线的装置，包括光电探测器，光电探测器输出的光电探测信号分成2路，一路光电探测信号输入到示波器中，另一路光电探测信号输入到比较器的同向输入端中，比较器的反向输入端连接参考电压，比较器的输出信号与D触发器的触发端连接，方波产生器产生高低电平的方波输入到D触发器的复位端，D触发器的输出端输出的控制信号控制激光器输出的激光束的开通和关断，激光器输出的激光束穿过法布里‑珀罗腔后由光电探测器进行探测。还公开了一种记录法布里‑珀罗腔的衰荡曲线的方法。通过对示波器进行简单的设置后，就可以进行自动采集并记录法布里‑珀罗腔的衰荡曲线，方便、简洁。

Description

一种用于记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的装置及方法
技术领域
本发明属于光学谐振腔衰荡技术领域，具体涉及一种用于记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的装置，还涉及一种用于记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的方法。
背景技术
光学谐振器衰荡技术是一种基于高精细度谐振腔的高灵敏度探测技术，已经广泛用于气体吸收光谱测量、高反射镜反射率测试、低损耗光学膜损耗测试中。光腔衰荡技术是通过测量光在谐振器中的衰荡时间来实现上述损耗或者腔镜反射率的测量，而衰荡时间由记录的衰荡曲线拟合得到。如何简单、快捷地记录衰荡曲线是光腔衰荡技术得以应用的关键点之一。目前已经发展了脉冲光腔衰荡技术、窄谱连续波光腔衰荡技术、自混合光腔衰荡技术等多种类型的光腔衰荡技术，不同光腔衰荡技术有着各自的特点及光腔衰荡曲线测试方法。脉冲光腔衰荡技术装置简单，其衰荡曲线可以直接通过PD由示波器或者数据采集卡记录。但是由于使用了脉冲宽度为ns量级的脉冲激光器，成本较高。另外，由于脉冲激光器光束质量较差，模式匹配比较困难，限制了这种方法的测量精度。窄谱连续波光腔衰荡技术具有信噪比高、测量精度高等优点。基于这种技术，记录衰荡曲线有多种方法。一种情况是利用周期信号扫描激光器或者腔体上PZT，改变激光频率或者腔长，实现激光器与腔纵模的共振，当输出信号大于某一阈值时，关断激光，记录衰减曲线。文献中指出，这种情况下使用了比较电路，然而简单的比较电路并不能实现上述功能，复杂的比较电路会增加系统的响应时间，降低测量精度。另一种情况时利用PDH技术将激光器先锁定在光学谐振腔上，然后通过触发TTL信号关断激光并记录衰荡曲线。这种测试方法较为精确，但是系统复杂，成本较高。自混合光腔衰荡技术是基于半导体激光器光反馈效应发展起来的测试方法，具有成本低、高精度、易控制等优点。但是目前文献报告中提及的记录衰荡曲线控制方法都较为复杂。首先利用计算机控制的函数发生（FG）卡产生方波信号调制激光器电压，将PD探测的信号输入阈值电路，当大于设定的阈值时，产生TTL信号，此时通过改变FG卡的输出波形关闭激光器，并由数据采集卡记录衰荡曲线。这种记录衰荡曲线的方法较为快捷，但使用了计算机控制FG卡和DA卡，并且还需要一台工控机，增加了装置的复杂性及成本。
基于以上分析，可以看出，除了脉冲光腔衰荡技术，在连续波光腔衰荡技术包括窄谱连续波光腔衰荡技术和自混合光腔衰荡技术中，所使用记录衰荡曲线的方法存在着装置系统复杂及成本高等缺点。本发明就是为了解决此问题，提出一种装置简单、成本低、使用快捷的记录法布里-珀罗腔衰荡曲线的控制方法。
发明内容
本发明就是为了解决连续波光腔衰荡技术中记录衰荡曲线方法的不足，提供一种用于记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的装置，还提供一种用于记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的方法，能够方便、快捷地记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线，从而通过拟合得到衰荡时间进行光腔损耗及腔镜反射率等测试。
一种用于记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的装置，包括光电探测器，光电探测器输出的光电探测信号分成2路，一路光电探测信号输入到示波器中，另一路光电探测信号输入到比较器的同向输入端中，比较器的反向输入端连接参考电压，比较器的输出信号与D触发器的触发端连接，D触发器的触发端为上升沿触发，方波产生器产生高低电平的方波输入到D触发器的复位端，D触发器的置位端连接高电平，D触发器的输出端输出的控制信号控制激光器输出的激光束的开通和关断， 激光器输出的激光束穿过法布里-珀罗腔后由光电探测器进行探测。
一种记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的方法，
在复位周期，方波产生器输出的方波为低电平，当D触发器的复位端为低电平且D触发器的置位端为高电平的情况下，D触发器的触发端不被比较器的输出信号触发，D触发器的输出端输出的控制信号为低电平，进而控制激光器输出激光束，
在探测周期，方波产生器输出的方波为高电平，当D触发器的复位端为高电平且D触发器的置位端为高电平的情况下，光电探测信号的电压由小于参考电压变为大于参考电压时，比较器的输出信号为上升沿信号，D触发器的输出端输出的控制信号为高电平，控制信号控制激光器关断激光束，示波器探测激光束关断后法布里-珀罗腔的衰荡曲线。
本发明具有装置简单、成本低、使用快捷等优点。将该装置连接到数据采集系统例如示波器上，通过对示波器进行简单的设置后，就可以进行自动采集并记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线，方便、简洁。
附图说明
图1是本发明用于记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线装置的示意图；
如图所示，图中：1-光电探测器（PD）；2-示波器；3-比较器；4-参考电压；5-方波产生器；6-D触发器；7-激光器。
图2是时序以及光电探测器的光电探测信号图。
图3为D触发器的功能表示意图。
具体实施方式
以下的实施例是本发明的进一步说明，而不是限制本发明的应用范围。
实施例1
如图1所示。光电探测器1（PD）的探测的光电探测信号分成2路，一路光电探测信号输入到示波器2中。另一路光电探测信号输入到比较器3的同向输入端中，比较器3的反向输入端连接用于与光电探测信号进行比较的参考电压4。比较器3的输出信号与D触发器6的触发端（CP端）连接，本实施例中的D触发器6的触发端（CP端）为上升沿触发，方波产生器5产生高低电平的方波输入到D触发器6的复位端（RD端）。D触发器6的置位端（SD端）连接高电平，D触发器的输出端（Q端）输出的控制信号控制激光器7的开通和关断。激光器7输出的激光束穿过法布里-珀罗腔后由光电探测器1进行探测。
一种用于记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的控制方法，包括以下步骤：
在复位周期，方波产生器5输出的方波为低电平，当D触发器的复位端（RD）为低电平且D触发器的置位端（SD端）为高电平的情况下，D触发器6的触发端（CP端）不被比较器3的输出信号触发，D触发器的输出端（Q端）输出的控制信号为低电平，进而控制激光器7输出激光束，激光束穿过法布里-珀罗腔后由光电探测器1（PD）进行探测，光电探测器1（PD）对激光束进行探测获得光电探测信号，由于激光器7在工作时频率会进行漂移，因此激光束穿过法布里-珀罗腔后光强随着激光频率的漂移其激光光强会有不同，当光电探测信号大于参考电压4时，比较器3输出高电平到D触发器6的触发端（CP端），当光电探测信号小于参考电压4时，比较器3输出低电平到D触发器6的触发端（CP端），但由于在复位周期，D触发器6的触发端（CP端）不被外部信号触发，所以D触发器的输出端（Q端）输出的控制信号持续为低电平，控制信号控制激光器7持续输出激光束。
在探测周期，方波产生器5输出的方波为高电平，当D触发器的复位端（RD）为高电平且D触发器的置位端（SD端）为高电平的情况下，D触发器6的触发端（CP端）会被外部的上升沿信号触发。因此当在探测周期内，D触发器6的触发端（CP端）出现上升沿信号时，也即光电探测信号的电压由小于参考电压（4）变为大于参考电压（4）时，D触发器的输出端（Q端）输出的控制信号为高电平，控制信号控制激光器7关断激光束，示波器2探测激光束关断后的法布里-珀罗腔的衰荡曲线。
所述的参考电压4可以由外部直流电源产生，也可以由比较器3内部产生。
所述的方波产生器5可以是方波发生模块，也可以是任意波发生器或者信号发生器。
所述的示波器2也可以由数据采集卡或者其他数据采集系统替代。
D触发器的型号可以采用N74F74N。
实施例2
在本实施例中，
参考电压4由比较器3内部产生，参考电压4大小可调；
方波产生器5为信号发生器；
其他与实施例1一致。
本实施例中时序及光电探测信号（法布里-珀罗腔的衰荡曲线）如图2所示。当光电探测信号的电压出现大于参考电压4时，比较器3输出的控制信号从低电平跳到高电平（Trigger信号）形成上升沿信号，上升沿信号输入到D触发器的触发端（CP端）进行触发。而此时，D触发器的复位端（RD）输入信号为高电平，因此D触发器的输出端（Q端）输出的控制信号为高电平，激光束关闭。示波器2触发，记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线，如图2中虚线方框内所示。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或替代，但不会偏离本发明的精髓或者超越所附权利要求书外定义的范围。

Claims (1)

1.一种记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的方法，利用记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的装置，记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的装置包括光电探测器(1)，光电探测器(1)输出的光电探测信号分成2路，一路光电探测信号输入到示波器(2)中，另一路光电探测信号输入到比较器(3)的同向输入端中，比较器(3)的反向输入端连接参考电压(4)，比较器(3)的输出信号与D触发器(6)的触发端连接，D触发器(6)的触发端为上升沿触发，方波产生器(5)产生高低电平的方波输入到D触发器(6)的复位端，D触发器(6)的置位端连接高电平，D触发器(6)的输出端输出的控制信号控制激光器(7)输出的激光束的开通和关断，激光器(7)输出的激光束穿过法布里-珀罗腔后由光电探测器(1)进行探测，其特征在于，
在复位周期，方波产生器(5)输出的方波为低电平，当D触发器(6)的复位端为低电平且D触发器(6)的置位端为高电平的情况下，D触发器(6)的触发端不被比较器(3)的输出信号触发，D触发器(6)的输出端输出的控制信号为低电平，进而控制激光器(7)输出激光束，
在探测周期，方波产生器(5)输出的方波为高电平，当D触发器(6)的复位端为高电平且D触发器(6)的置位端为高电平的情况下，光电探测信号的电压由小于参考电压(4)变为大于参考电压(4)时，比较器(3)的输出信号为上升沿信号，D触发器(6)的输出端输出的控制信号为高电平，控制信号控制激光器(7)关断激光束，示波器(2)探测激光束关断后的法布里-珀罗腔的衰荡曲线。
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