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的藍光，考慮到M2的透射率為77.2%，實際得到的426nm的藍光為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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審核編輯 黃宇