基本介紹
發展歷史,影響穩定性的因素,頻率穩定方法,
發展歷史
1960 年7 月美國加州Hughes 實驗室的Theodore H. Maiman 演示了世界上第一台紅寶石固體雷射器。在這之後，不同波段和類型的雷射器相繼被實現，雷射器的各種性能也得到很大改善。自雷射誕生以來，就以其優異的時間相干性和空間相干性，迅速地取代了普通光源而被廣泛套用於各項科學技術領域。
提高雷射頻率穩定度的努力從雷射的誕生初期就已經開始。很多科學研究和實際套用對雷射的光譜純度和穩定性有很高要求，而自由運轉的雷射並不能滿足這一需求。為了獲得高光譜純度、窄線寬和高頻率穩定度的雷射器，人們提出了各種各樣的方法和技術來降低雷射的頻率噪聲。最初，研究人員通過對雷射器採用隔振、控溫等被動措施來穩定其輸出雷射的頻率。這些措施能使雷射器更加穩定地運行，卻沒有很有效地壓窄雷射的線寬。
相對於被動措施，反饋控制系統能夠主動補償雷射頻率的變化，從而達到壓窄雷射線寬的目的。圖1 顯示了主動穩頻技術的原理框圖。要實現雷射頻率的主動穩定，首先需要一個光學頻率參考，通過雷射頻率與參考頻率比對來獲得鑒頻誤差信號，然後再通過反饋來校正雷射頻率，使雷射頻率跟隨頻率參考的變化。因此在這個方案中頻率參考的選擇對穩頻的效果十分關鍵，一般需要參考頻率具有較高的穩定度、復現性和較窄的光譜線寬等特性，以及能匹配被穩雷射的頻率。
原子分子躍遷譜線能夠提供一種絕對的頻率參考，最大的優點在於其具有優異的長期穩定性，可以使雷射獲得較好的長期頻率穩定度。基於原子分子躍遷譜線發展出了各種各樣的穩頻技術，例如飽和吸收穩頻、調製轉移光譜穩頻、偏振光譜穩頻、Zeeman 效應穩頻等。這其中的一個典型例子就是以碘分子的超精細躍遷譜線為基準的雷射穩頻。但由於原子分子的躍遷譜線存在許多展寬效應，而導致其譜線較寬，當雷射鎖定在這一較寬的譜線上時，很難獲得較好的短期頻率穩定度。此外，由於躍遷譜線的頻率由原子分子的能級間隔決定，通常只是一些特定的頻率，因而對於一些特定波長的雷射，很難找到與之對應的原子分子躍遷譜線作為頻率參考。
影響穩定性的因素
- 外界環境產生的擾；
- 由電漿放電管內部影響所產生的擾動。
優質的穩頻雷射器設計的目標，是把影響頻率穩定的擾動減到最小。這時對控制雷射頻率的私服系統的性能提出了一定的要求。
外界影響
熱、大氣變化、機械振動、光學元件位置的變化。
內部影響
引起雷射頻率不穩定的因素還很多， 存在於雷射器內的噪聲也將影響頻率的穩定性。一般認為雷射器內較顯著的噪聲源有下列幾種：
① 自發發射噪聲或量子噪聲；②模差的噪聲；③ 激勵電源及放電迴路引起的噪聲；④氣體放電管中移動輝紋形成的噪聲；⑤放電管的工作條件， 等等。一般說來， 放電管內部噪聲及振動等因素導致雷射頻率短期不穩，而環境因素變化及腔內工作物質密度等變化影響雷射頻率的長期穩定性。
頻率穩定方法
我們所說的雷射穩頻技術是採用電子伺服控制系統的穩頻技術，即主動穩頻技術。該技術的主要原理是， 當雷射頻率偏高標準頻率時， 鑒頻器給出誤差信號，通過伺服系統和壓電元件控制腔長，使雷射頻率自動回到標準頻率上。因而作為標準使用的參考頻率的選擇就尤為重要。
1.利用光學元件穩定雷射頻率；
2.以增益曲線做標準穩定雷射頻率；
3.飽和吸收穩頻；
4.CO2雷射穩頻；
