光的干涉 法布里-珀罗干涉仪（Fabry-Perot Interferometer） 法布里－珀罗干涉仪就是一种相位差相同的多光束干涉仪器。 v v v1/2 B C 振荡阈值 增益曲线

光学谐振腔 光学谐振腔由两个或两个以上的反射镜构成，如果由两个反射镜组成，按照组成谐振腔的两个反射镜的形状以及他们的相对位置，又可以分为，平行平面腔，平凹腔，共焦腔，共心腔等，FP干涉仪实际上是一种特殊的两镜腔-平行平面腔。 作为谐振腔的原理：非单色平行光进入FP干涉仪，在两个反射镜之间来回反射，形成多光束干涉，使得透射光中只有某些特定的波长成分出现干涉极大，当两个反射镜之间的距离比较大，而横向镜面尺寸比较小时，入射角不为0的光束经有限次反射后将移出干涉仪，只有入射角接近0的光束能够形成多光束干涉。因而激光谐振腔的作用有：选择光波的方向和频率。 纵模间隔 精细度

F-P腔在光学实验中的应用 1 F-P腔在光谱学中的应用 (1) 提高单色性 (1) 提高单色性 将一非单色光输入F-P腔之后得到的输出曲线图,频率是等间隔的,每条单模的谱线宽度随R和H的增大而减小,即F-P腔对输入的非单色光起挑选波长,压窄线宽,从而提高单色性的作用.这点在激光技术中得到重要的应用.

(2) 用于超精细结构的分析 主要用在光谱线超精细结构的研究方面.由于原子核磁矩的影响,有的光谱线分裂成几条十分接近的谱线,这叫做光谱线的超精细结构.设想入射光中包含两个十分接近的波长λ和λ=λ+δλ.它们产生的等倾干涉条纹有稍微不同的半径.如果每根干涉条纹的宽度较大,则两个波长的干涉条纹就会重叠在一起无法分辨.经F-P腔后干涉条纹的细锐对提高谱线分辨率本领是极为有利的因素.

铷87原子超精细能级结构

无外磁场时核自旋在晶体场中分裂为三个能级： Pr:Y2SiO5的能级 5个精细结构 3个超精细结构 9个精细结构

Pr:Y2SiO5的线宽 1.4K(0.02%) 3.5K(0.05%) 20K(0.1%) 605.977(SITE1) 吸收峰 607.934(SITE2) 607.933(SITE2) 4.4GHz(SITE1) 9.5GHz(SITE1) 30GHz(SITE1) 不均匀线宽 2.5GHz(SITE2) 10GHz(SITE2) 10.19(SITE1) 10.17(SITE1) 1/2 3/2 能级间隔 17.3(SITE1) 17.28(SITE1) 3/2 5/2 线宽 30kHz(SITE1) 1/2 3/2 70kHz(SITE1) 3/2 5/2 荧光寿命 均匀线宽

2 F-P腔稳频技术 　　稳频技术是从事若干量子光学实验的重要问题,直接应响着实验结果的好坏,稳频技术的提高将促使我们对微观世间进一步了解和认识及前沿学科的发展.稳频技术不仅在高精度光学测量,光学通信等方面具有重要的应用前景,而且它是从基础研究到应用研究的各种实验不可缺少的环节.F-P腔是一种分辨波长微小变化的元件,同时,也能以相同的精度分辨出频率的改变,因而可用作激光稳频基准.它突出的优点是较宽频率动态工作范围.

3 F-P作为反馈元件的应用 在自由运转状态下，半导体激光器谱线一般较宽,由于低Q腔和电场振幅相位之间的相互耦合，使光的振幅和相位噪声较大，在光通信、量子光学、BEC等应用和实验中，要求窄线宽，频率稳定性高的单频低噪声光源。大量研究表明，通过外加光反馈如光栅外部反馈，F-P腔外部反馈等不但可将半导体激光器线宽压窄，而且还可将频率调到特定的波长区，同时降低其强度和位相噪声，降低阈值。光反馈是通过平面镜、光栅、F-P腔等反馈元件将输出光束的部分光反馈回半导体激光器，使特定的模式振荡同时抑制其它模式的方法。

F-P 腔 的 调 节

F-P腔结构如图1所示 1.压电陶瓷 2.腔镜1 3.胶木 4.紫铜 5.珀耳帖件 6.螺旋微调块 7.腔镜2 8.铝壳 9.殷钢 1.压电陶瓷 2.腔镜1 3.胶木 4.紫铜 5.珀耳帖件 6.螺旋微调块 7.腔镜2 8.铝壳 9.殷钢

图2 F-P腔外观结构图

为了减小空气的流动,采用了密封的腔体,即用铝罩将腔体封住;为了减小温度的影响,采用了热膨胀系数较小的殷钢材料(线膨胀系数为α=9×10-7/℃),同时用控温精度为0.3％的控温仪,通过珀耳帖元件和热敏电阻来控温(为了避免殷钢导热性差对控温时间的限制又在殷钢外包了一层对热反应敏感的紫铜);为了防震,在紫铜的外边包了一层胶木(起一定的保温作用),并将整个装置放在防震台上。

F-P腔的调节 F-P腔对光路的要求非常严格,它要求光能够从它的两面反射镜的中心准确地通过,所以对光路的调节要求非常精确.不能使光路有左右或上下的一丁点的偏差.光路的调节如下图3所示: 图3 F-P腔光路的调节

实验操作步骤如下: （1）首先要对光路进行初步的调节，用两个光阑b1和b2来准直光路,使光路达到F-P腔的高度153mm。实验中激光的输出光的高度大约为147mm，因此需借助两个的全反镜M1和M2结合两个光阑来达到所需高度。 （2）将两个光阑（a1，a2）加在F-P腔上，把F-P腔放入到准直后的光路中，若刚才准直后的光高与F-P腔的所需光高有误差，这时需再通过对的细调来达到所需高度，使光线水平准直地通过两个光阑.

(3) a.粘贴腔的第一片腔镜，由于粘贴后的腔镜的轴线与准直的光路不一定完全重合，可能存在误差，因此，在粘贴过程中需借助一个磁力座来减小这个误差。把粘贴好的腔镜装置放在磁力座上进行校正，这时也需借助光阑，调节的目的是使入射光斑与出射光斑的中心重合，调节过程中要在A-B胶未完全固化之前，通过旋转镜片使得入射光斑与反射光斑在最小误差范围内达到重合，旋转时注意手指不要接触镜面,否则可能造成对镜面的损坏。调节过程持续15分钟左右。由于磁力座不可能做的精确水平，因此粘贴好的腔镜在校正后任可能存在较小的误差。

b.粘贴第二片镜子。同样需要用一个光阑来帮助调节。调节过程需要借助保险丝来达到入射光斑与反射光斑重合的效果。第二片镜子是粘贴在压电陶瓷上的, 粘贴好后还要在压电陶瓷上焊接高压线（注意压电陶瓷是内正外负在高压线上作好标志）。 （4）两片腔镜粘贴好后，在F-P腔的前面加一个f=150mm的聚焦透镜，使聚焦透镜的焦点大致在腔的中心处。用CCD观察出射的光斑（有两个），使它们重合并达到很好的干涉效果（可以看到明暗闪烁），同时不断调整腔长，使腔长最佳（L=100mm）。这些都是通过示波器来观察和调整的。

半导体激光器频率的稳定

主要内容： 1. 为什么要稳定激光器的频率 2. 怎样稳定激光器的频率 3. 激光器频率的稳定度

影响激光频率稳定的因素 由激光原理可知，激光振荡频率既受原子跃迁谱线频率 的影响，又受光学谐振腔谐振频率 的影响，若原子跃迁谱线的宽度为 ，谐振腔的谱线宽度为 ，则激光振荡频率可表示为: （1） 这是在小振幅时忽略了饱和效应的一次近似式。在近红外和可见光波段，其中 （多普勒线宽）一般不小于108~109Hz，而谐振腔的振荡线宽 约为106~107Hz量级，所以 >> ，则上式可简化为 （2）

影响激光频率稳定的因素 在不考虑原子跃迁谱线频率微小变化的情况下，激光振荡频 率主要由谐振腔的谐振频率决定，即有： 其中L腔长，c为在真空中光传播的速度，n为腔内介质折射率， m是腔内存在的半波数。振荡腔的谐振频率变化： 从式中可以看出，若腔长L或折射率n发生变化，则激光振荡频率也将变化。 如何设法保持腔长和折射率稳定的问题。

影响激光频率稳定的因素 激光器可以输出的激光频率还要受到谐振腔的限制，只有频率满足v=kc/2nL,n和L分别为半导体材料的折射率和长度，c为光速，k为大于0的整数。 前面提到的激光波长温度漂移仅对于激光工作增益物质 温度对波长的调谐

影响激光频率稳定的因素 影响激光振荡频率稳定的外界因素主要有以下几个方面： 温度变化的影响 大气变化的影响 机械振动的影响 磁场的影响

影响激光频率稳定的因素 1. 温度变化的影响 环境温度的起伏或者激光管工作时发热，都会使腔材料随着温度的改变而伸缩，以致引起频率的漂移，所以一般采用热膨胀系数较小的殷钢材料(线膨胀系数为α=9×10-7/℃)作腔的支架。对于L=100cm的光谐振腔，当机械振动引起10-6cm的腔长改变时，对于780nm波长的光来说，频率将有3840KHz的变化。 式中，△T为温度的变化量；α为谐振腔间隔材料的线膨胀系数，硬质玻璃α=10-5/0C，石英玻璃α=6×10-7/0C，殷钢α=9×10-7/0C。一般难以获得优于10-8的频率稳定度。

常用材料的线膨胀系数 材料 温 度 范 围 (℃) 20～100 20～200 20～300 紫铜 17.2X10-6 17.5X10-6 温 度 范 围 (℃) 20～100 20～200 20～300 紫铜 17.2X10-6 17.5X10-6 17.9X10-6 黄铜 17.8X10-6 18.8X10-6 20.9X10-6 锌 33X10-6 锡青铜 17.6X10-6 18.2X10-6 铅 29.1X10-6 铝青铜 19.2X10-6 铝 23.03X10-6 碳钢 (10.6～12.2)X10-6 (11.3～13)X10-6 (12.1～13.5)X10-6 铬钢 11.2X10-6 11.8X10-6 12.4X10-6 30CrMnSiA 11X10-6 3Cr13 10.2X10-6 11.1X10-6 11.6X10-6 1Cr18Ni9Ti 16.6X10-6 17.0X10-6 铸铁 (8.7～11.1)X10-6 (8.5～11.6)X10-6 (10.1～12.2)X10-6 有机玻璃 130X10-6 尼龙1010 105X10-6

V型折叠腔腔型图 Z型折叠腔腔型图 Z型折叠腔一方面保证了激光介质处光斑半径较小，另一方面又突破了腔长的限制。与直腔相比, 折叠腔更利于获得热稳定运转。

影响激光频率稳定的因素 2. 大气变化的影响 大气的温度、气压、湿度的变化都会引起大气折射率的变化，从而导致激光振荡频率的变动。实验证明：在外腔式激光器中通风引起的空气抖动，能在几秒内产生几兆赫的快速脉动，所以要求外腔式激光器裸露在大气中的部分应尽可能减少，并且必须避免直接通风。

2. 大气变化的影响 对于外腔式激光器，设谐振腔长为L，放电管长度为L0，则暴露在大气中部分的相对长度为(L- L0)/L，大气的温度、气压、湿度的变化都会引起大气折射率的变化，从而导致激光振荡频率的变动。设环境温度T=200C，气压p=1.013×105Pa，湿度H=1.133kPa,则大气对633nm波长光的折射率变化系数分别为

又设测量中温度、气压及湿度的时间变化率分别为 则引起激光波长的变动分别为 式中，τ为测量时间，对示波器τ=3~5s，对XY记录仪τ≤1min。

影响激光频率稳定的因素 激光防风罩 北京奥普光太 北京优立光太 德国Topic 自制激光器

影响激光频率稳定的因素 3. 机械振动的影响 机械振动也是导致光谐振腔谐振频率变化的重要因素。它可以从地面或空气传到腔支架上，如建筑物的振动、车辆的通行、声响等都会引起腔的支架振动，从而使腔的光学长度改变，导致振荡频率的漂移；对于L=100cm的光谐振腔，当机械振动引起10-6cm的腔长改变时，对于780nm波长的光来说，频率将有3840KHz的变化。因此，要克服机械振动的影响，稳频激光器必须采取良好的防震措施。

影响激光频率稳定的因素 克服机械振动 光学平台和抗震支撑腿设计

4.磁场的影响 为了减小温度影响，激光谐振腔间隔器多采用殷钢材料制成，但殷钢的磁致伸缩性质可能引起腔长的变化，如1.15μm波长的He-Ne激光器，仅由于地磁场效应可以产生140kHz的频移。因而地磁场效应和周围电子仪器的散磁场对于高稳定激光器影响必须加以考虑。 综上所述，环境温度的变化、机械振动等外界干扰对激光频率稳定性影响很大，因而自然联想到，最直接的稳频办法就是恒温、防震、密封隔声、稳定电源等。

稳频方法(被动稳频) 被动稳频主要方法： 1. 采用全封闭式的光学腔或在激光器外设置屏蔽隔离器。 因为激光器有些部分暴露在空气中，空气的折射率与气压、温度、湿度，都可引起频率变化，通风时的气流亦会引起激光频率的起伏，这类变化引起的波动可达10－6。因此，要设法采用全封闭式的光学腔或在激光器外设置屏蔽隔离器。 2. 对激光器系统进行控温以及使用热膨胀系数较小的材料来做腔体。

稳频方法(被动稳频) 被动稳频主要方法： 3. 采用防振措施来隔离地面传来的机械振动，我们采用压缩空气式防振台。机械振动也是导致光学谐振腔频率变化的重要因素之一，它们可以从地面或空气传入，因此，需要采用防振措施来隔离地面传来的机械振动，我们采用压缩空气式防振台，对低频机械振动仍有良好的防振能力。 以上措施的被动稳频方法，结构简单，使用方便，但是只能使激光器的频率稳定在10－7量级上，光频变化在几十兆赫兹数量级上。所以，我们必须采用主动稳频技术来提高频率的稳定度。

稳频方法(主动稳频) 主动稳频概念 主动稳频技术的主要思想是：选取某一频率作为稳定的参考标准频率，当外界变化影响到激光器的频率，使其偏离这个特定的标准频率时,设法进行鉴别，同时产生出一个反映这个偏差的误差信号，该误差信号不但能指明偏离标准频率值的大小，而且还能指明是偏大还是偏小，然后将误差信号转变为执行信号反馈给激光器的伺服机构，通过控制系统自动调节激光器的腔长，使激光器工作频率稳定地在特定的标准频率上运转。总之，稳频技术实质上就是保持激光器谐振腔光程长度的稳定性问题。

稳频方法(主动稳频) 主动稳频概念 主动稳频技术问题的关键在于如下两点： 1）参考频标的选取，要求它的稳定度必须高于所测系统的稳定度。鉴频器：中心频率要稳定，标准频率不能有漂移；灵敏度要高，微小变化能够鉴别。 2）反馈系统的信号要求与所测系统的调制信号必须同步进行。频率稳定好坏主要取决于鉴频曲线，鉴频曲线越好，所测系统频率的稳定精度越高。

稳频方法 几种主动稳频方法： 以增益曲线作为稳定激光频率的标准，但很难达到较高的稳定度，仅为10－9；比如：可利用兰姆凹陷稳频法. 它以增益曲线中心频率作为参考标准频率。兰姆凹陷稳频是以原子跃迁谱线中心频率作为参考标准的，故中心频率本身的漂移会直接影响频率的长期稳定性和复现性的精度。气压造成的压力位移，放电条件的不同都将使得兰姆凹陷中心频率发生变化，这些扰动都不能用伺服系统来调整，只能尽量减小其影响。 所以很难达到较高的稳定度。

兰姆凹陷稳频原理 兰姆凹陷稳频法是以增益曲线中心频率 υ0作为参考标准频率，通过电子伺服系统驱动压电陶瓷环来控制激光器腔长的，它可使频率稳定于υ0处，其稳频装如图6.2-2所示。激光管是采用热膨胀系数很小的石英做成外腔式结构，谐振腔的两个反射镜安置在殷钢架上，其中一个贴在压电陶瓷环上；陶瓷环的长度约为几厘米，环的内外表面接有两个电极，加有频率为f的调制电压，当外表面为正电压, 内表面为负电压时陶瓷环伸长, 反之则缩短。改变陶瓷环上的电压即可调整谐振腔的长度，以补偿外界因素所造成的腔长变化。光电接收器一般采用硅光电三极管，它能将光信号转变成相应的电信号。

6.2-2 兰姆凹陷稳频装置示意图 加有频率为f的调制电压，当外表面为正电压, 内表面为负电压时陶瓷环伸长, 反之则缩短。

稳频方法 兰姆凹陷稳频法. 稳频激光器不仅要求是单横模，而且还要求必须是单纵模。 频率稳定性与兰姆凹陷中心两侧的斜率有关，斜率越大，误差信号就越大，因而灵敏度高，稳定性就越好。（一般要求兰姆凹陷的深度为输出功率的1/8） 兰姆凹陷线型的对称性也影响频率的稳定性。（氖的不同同位素的原子谱线中心有一定频差。充普通氖气的氦氖激光器兰姆凹陷曲线不对称且不够尖锐,制作单频稳频激光器时应充以单一同位素Ne20或Ne22）。 兰姆凹陷稳频是以原子跃迁谱线中心频率υ0作为参考标准的。（如果光强本身有起伏,特别是光强的起伏频率接近于选频频率,则无法实现稳频,因此,激光器的激励电源是稳压和稳流的。 缺点 ：兰姆凹陷稳频采用的参考频率是激光器原子谱线的中心频率,随激光器放电条件而改变,不可避免地会出现频率漂移,所以频率复现度不高，仅达到10-7 ～10-8。

稳频方法 几种主动稳频方法： 2. 利用分（原）子谱线在外场（电磁场）中的物理效应（塞曼、斯塔克斯）稳定频率 ，稳定性达到10－9。塞曼稳频的稳频基理是：当一个发光的原子系统置于磁场中时，其原子谱线在磁场的作用下会发生分裂。这种现象称为塞曼效应。在没有磁场作用下，原子从高能级跃迁到低能级，发出频率为υ0的光。在有外磁场的作用下，原子的能级将发生分裂，成为频率高于未加磁场时的左旋圆偏振光，频率为υ0＋Δυ，和频率低于未加磁场时的右旋圆偏振光，频率为υ0－Δυ。如果激光振荡频率正好处于υ0时，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的光强相等；若激光振荡频率偏离了υ0（如偏离右旋光），则右旋光的光强I右大于左旋光的光强I左，反之，则有I右<I左。根据激光器输出的两个圆偏振光光强的差别，就可以判别出激光振荡频率偏离中心频率的方向和大小。这样可设法形成一控制信号去调节谐振腔，使它稳定在谱线的中心频率处。

若在光束方向施加纵向磁场，则沿磁场方向可观察到，一条谱线对称地分裂成两条谱线，一条是左旋圆偏振光, 它的频率高于未加磁场时的谱线，为υ0 +Δυ；另一条是右旋圆偏振光，频率低于未加磁场时的谱线，为υ0 –Δυ（如右图)。这两条谱线的频率差为： (6.3-1) g是朗道因子；μβ是玻尔磁子；h为普朗克常量；H是磁场强度。

稳频方法 几种主动稳频方法： 3. 利用原子（分子）吸收谱线稳定激光频率，频率稳定度可达10－14。从前面所讨论的兰姆凹陷稳频和塞曼稳频等方法可知，提高频率的稳定性和复现性的关键是如何选择一个稳定的和尽可能窄的参考频率。上述稳频方法都是利用激光本身的原子跃迁中心频率作为参考的，而原子跃迁的中心频率易受放电条件等影响而发生变化，所以其稳定性和复现性就受到局限。为了提高频率的稳定性和复现性，通常采用外界参考频率标准进行稳频。例如：利用饱和吸收稳频，即在谐振腔中放入一个充有低气压气体原子（或分子）的吸收管，它有和激光振荡频率配合很好的吸收线，而且由于吸收管气压很低，故碰撞加宽很小可以忽略不计，吸收线中心频率的压力位移也很小，所以在吸收线中心处形成一个位置稳定且宽度很窄的凹陷，以此作为稳频的参考点，可使其稳定性和复现性精度得到很大的提高。但谱线的频率覆盖范围有限且难调谐，这就大大限制了这种稳定方法的实际应用。

稳频方法 几种主动稳频方法： 4. 利用光学元件稳定激光频率，以能分辨波长微小变化的元件（色散元件）作为激光稳频基准。它们突出有点是具有较宽的调谐区域。各类干涉仪可用作激光稳频基准。其中F-P共焦干涉仪就是一种。它的基理是：在干涉仪上加上音频电压，当激光振荡频率偏离扫描干涉仪的中心频率时，将引起透射光强的改变，从而得到一误差信号，再通过伺服系统把它加到半导体激光器的压电陶瓷上，最后调节激光器的腔长就可实现激光频率的稳定。

F-P腔简要回顾 F-P腔是一种能分辨波长微小变化的元件，同时，也能以相同的精度分辨出频率的改变，因而可用作激光稳频基准。他突出的优点是较宽的调谐区域，实验装置简单，便于操作。若腔的精细度高，则稳频的稳定性能强，所以很多实验操作中都将F-P腔作为稳频基准。 F-P腔的主要参数： 自由光谱范围： 精细度定义： 半值宽度：=自由光谱范围/精细度

F-P腔的设计和结构 ---鉴频器的稳定性设计 设计F-P腔的控温系统。 使用热膨胀系数小的材料作为F-P腔的腔体。 防震。 腔体密封。

F-P腔的设计和结构 ---鉴频器的稳定性设计 1. 设计F-P腔的控温系统。

F-P腔的设计和结构 ---鉴频器的稳定性设计 2. 使用热膨胀系数小的材料作为F-P腔的腔体。

F-P腔的设计和结构 ---鉴频器的稳定性设计 3. 防震。 为达到防震的目的，在紫铜外面包了一层胶木，并将整个装置放在坚固稳定的防震台上。防震台是压缩空气式防震台。它对频率很低的机械振动有良好的防震能力。同时，在紫铜外保一层胶木，也起到保温作用。

F-P腔的设计和结构 ---鉴频器的稳定性设计 4. 腔体密封。

F-P腔的设计和结构 1.压电陶瓷 2.腔镜1 3.胶木 4.紫铜 5.珀耳帖件 6.螺旋微调块 7.腔镜2 8.铝壳 9.殷钢

F-P腔外观结构图

F-P腔的透射曲线 在实验上，可以通过把电压为 150V，频率为18Hz 左右的锯齿波加到 F-P腔的压电陶瓷上，通过扫描 F-P腔，得到 F-P腔的透射曲线。图中上半部分为 F-P 腔透射曲线，两透射峰间距为 F-P腔的自由光谱区，图中下半部分为对其一透射峰的展宽，由此可以读出它的半值宽度，进而 我们可以得到腔的精细度。腔镜为两红外全反镜，反射率都大于 99.7％@780nm，曲率半径都为 R＝50mm，且为共焦腔。

F-P腔的透射曲线 （不考虑损耗）

利用F-P腔主动稳频的原理 激光的稳频是一个动态的平衡过程，控制系统不断的把激光频率和参考频率做比较，通过比较产生误差信号，将此信号用于控制激光器的驱动电流或者外腔，从而使半导体激光的频率在一定的范围内，达到要求的稳定度。 F-P腔的透射谱是一种峰形结构，它会随着激光的频率做周期性变化，在透射峰的峰顶处的频率点，由于和腔谐振，因此光强最强，到左和到右的频率点都是因为不谐振，因此光强变弱。如果我们以此峰顶的频率点作为激光稳频的参考频率点，以某种方法探测出激光的频率，知道激光频率点在被参考的透射峰上的相对位置（峰左、峰顶、峰右），就有可能向激光器发出相应的控制信号，对激光器的输出频率作出调整。

利用F-P腔主动稳频的原理 设想如下： 当输出激光频率点在透射峰的顶端时，即输出激光＝参考频率，控制信号为零；当输出激光频率点在透射峰的左边时，控制信号为负值；当输出激光频率点在透射峰的右边时，控制信号为正值。上面的控制信号的正负代表对激光频率向两个相反的方向纠正，如果是采用的PZT外腔稳频，这里的控制信号实际上就是一个控制直流电压，又称为纠偏电压，如果采用电流稳频，则对应纠偏电流。

利用F-P腔主动稳频的原理 确定激光器输出频率在透射峰上的相对位置 为了确定激光频率在谱线上的位置，利用透射峰是洛仑兹线型以及它的斜率在中心点为零，在左边为正，右边为负的特点，我们对激光频率加一微小的调制，从而使激光频率在其工作点有一个小的变化Δν，由此使输出的光谱信号强度有相应的变化ΔI，经过光电转换后得到一个电压信号Δ u，我们从此电压信号里提出相应的变化，见图，应该得到推论： A．Δ u / Δν =0，激光频率在参考点（峰顶）； B． Δ u / Δν>0 ，激光频率在参考点左边； C． Δ u / Δν < 0 ，激光频率在参考点右边。 鉴频原理示意图

利用F-P腔主动稳频的原理 稳频的基本原理思想总结为： 通过加调制的方法改变激光器的外腔参数（腔长，光栅转角等）或其工作电流，工作温度，使其输出激光的频率受到相应的调制，从而在对应的光谱输出有相应的强度变化，然后我们对光谱强度变化进行一定处理，而得到激光频率偏移参考中心频率的信息，再根据此信息由稳频系统向半导体激光器反馈入相应的控制参量，用以把输出光频率控制在参考频率处。实际上是使用调制-----同步检波方法进行稳频。

利用F-P腔主动稳频的实验装置 a b c d 实验过程：首先以较大锯齿信号电压为 150V，频率约为 18Hz，来扫描F-P腔的腔长，得到腔的透射曲线如图a。然后从锁相放大器中输出一高频信号， 频率因压电陶瓷的不同而不同， 这里我们用 18KHz左右的高频信号。把此高频信号经过高压放大后输送到光栅后边的压电陶瓷上，从而对 激光的输出频率进行调制，图b表示调制后的透射曲线。同时，把探测器 D1 的信号送到锁相放大器中，让此信号与高频信号混频，从而获得鉴频曲线（也即微分曲线），信号如图c和d。仔细调节该锁相放大器的位相、频率、幅度，使得微分曲线最好。然后，将此信号反馈回激光器的压电陶瓷上，改变激光器的腔长。从而把激光器的频率稳定在该 F-P 腔的共振频率上。

F-P腔稳频的实验稳定度 测量用调制－同步检波方法进行稳频的稳定度： 控温的F－P2 腔的两凹面镜曲率半径均为 50mm，对 780nm的反射率均大于 99.7％。处于共焦位形,自由光谱区为 1500MHz, 实测精细度为 200。 模监视腔F－P1 腔的两凹面镜曲率半径均为 102mm, 自由光谱区为 735MHz。实测精细度为 180。作为激光频率稳定性测量的F-P1 腔处于扫描工作状态，它用于测量频率的短期抖动，和长期频率漂移。它测量精度与腔的精细常数有关，精细常数愈高，测得短期稳定性会愈准确。

激光器自由运转时的稳定度

激光器稳频后的稳定度