劈尖干涉測量激光波長的嘗試

林 博,徐 鵬,何錫凱,林上金,胡 澄

(解放軍理工大學(xué),江蘇南京 211101)

劈尖干涉測量激光波長的嘗試

林 博,徐 鵬,何錫凱,林上金,胡 澄

(解放軍理工大學(xué),江蘇南京 211101)

依據(jù)劈尖干涉原理,采用擴(kuò)束鏡把半導(dǎo)體激光擴(kuò)束成點(diǎn)光源,再通過平行光管變成平行光后形成劈尖干涉,利用讀數(shù)顯微鏡測量相鄰兩級(jí)干涉條紋間距,進(jìn)而測定半導(dǎo)體激光的波長。這種方法操作簡單實(shí)用,具有較高的測量精度。

劈尖干涉;半導(dǎo)體激光;波長

隨著激光技術(shù)的發(fā)展,激光已應(yīng)用于現(xiàn)代生活的諸多方面,特別是可調(diào)諧激光器的使用,激光測距機(jī)、目標(biāo)指示器、激光駕束制導(dǎo)武器、激光雷達(dá)等威脅源的光波長范圍迅速增大,波段越來越寬,激光在軍事上的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大[1-5]。建立一種快速、準(zhǔn)確、有效的測量技術(shù)來識(shí)別入射激光波長至關(guān)重要[6]。楊秀芳[7]等設(shè)計(jì)了一種基于Fabry-Perot干涉波長測量儀,可對(duì)半導(dǎo)體激光的波長精確測量,但干涉法的遠(yuǎn)場測量設(shè)備結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。實(shí)驗(yàn)室常利用光譜儀和邁克耳遜干涉儀等測量激光波長,可以很精確地得到其波長值。但是,通過劈尖干涉來測量半導(dǎo)體激光波長的報(bào)道卻不多見。文章中依據(jù)劈尖干涉原理,采用擴(kuò)束鏡把半導(dǎo)體激光擴(kuò)束成點(diǎn)光源,再通過平行光管變成平行光后形成劈尖干涉,利用讀數(shù)顯微鏡測量干涉條紋的位置,實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體激光波長的測量。劈尖干涉法通常是通過測量單位長度(例如1mm)的暗條紋數(shù)N0及兩玻璃板交線至薄片間的距離L求出細(xì)絲的直徑或薄片的厚度;筆者通過測量相鄰兩級(jí)干涉條紋間距,并應(yīng)用逐差法處理數(shù)據(jù),進(jìn)而求得半導(dǎo)體激光波長,有效提高了測量精度。

1 測量原理與方法

實(shí)驗(yàn)裝置由激光器、擴(kuò)束鏡、平行光管、讀數(shù)顯微鏡和劈尖組成,如圖1所示。擴(kuò)束鏡把半導(dǎo)體激光擴(kuò)束成點(diǎn)光源,再通過平行光管變成平行光,經(jīng)讀數(shù)顯微鏡的45°反射鏡后照射劈尖形成等厚干涉。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

在兩玻璃板一端插直徑為e的細(xì)絲構(gòu)成劈尖,當(dāng)激光垂直照射時(shí),在劈尖薄膜上下兩表面反射的兩束光發(fā)生干涉圖2(a),其干涉條紋是一簇和兩玻璃板交線平行且間隔相等的直條紋,如圖2(b)。

圖2 劈尖干涉原理

由相干條件得:

實(shí)驗(yàn)采用測量λ=5893A°的鈉光相鄰兩級(jí)暗條紋間距Δl1,再通過測量半導(dǎo)體激光相鄰兩級(jí)暗條紋間距Δl2,得到半導(dǎo)體激光的波長。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 鈉光條紋間距Δl1測量

鈉光各級(jí)干涉條紋位置測量值如表1所示,其中k1i為干涉條紋級(jí)數(shù),l1i為各級(jí)暗條紋左側(cè)位置。

表1 鈉光條紋間距Δl1測量數(shù)據(jù)

根據(jù)表1.數(shù)據(jù)計(jì)算鈉光相鄰兩級(jí)暗條紋間距Δl1:

EΔl1=±0.26%

∴ Δl1的測量結(jié)果為

2.2 半導(dǎo)體激光條紋間距Δl2測量

半導(dǎo)體激光各級(jí)干涉條紋位置測量值如表2所示,其中k2i為干涉條紋級(jí)數(shù),l2i為各級(jí)暗條紋左側(cè)位置。

表2 半導(dǎo)體激光條紋間距Δl2測量數(shù)據(jù)

根據(jù)表2數(shù)據(jù)計(jì)算半導(dǎo)體激光相鄰兩級(jí)暗條紋間距Δl2:

∴ Δl2的測量結(jié)果為

2.3 半導(dǎo)體激光波長測量結(jié)果

根據(jù)鈉光波長λ1=5 893?及相鄰兩級(jí)暗條紋間距Δl1的測量結(jié)果,半導(dǎo)體激光相鄰兩級(jí)暗條紋間距Δl2的測量結(jié)果,計(jì)算半導(dǎo)體激光的波長λ2。

即:λ2=(650±2)nm;Eλ2=±0.3%

從測量結(jié)果看,半導(dǎo)體激光波長測量值的相對(duì)不確定度僅為0.3%,測量結(jié)果是可靠的。表明這種測量方法是可行的。

[1] Harden K., Overview of Electro-optics Countermeasures[J].International Defense Review, 1995(2):39.

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M easuring Sem iconductor Laser W avelength w ith W edge Interferometry

LIN Bo,XU Peng,HE Xi-kai,LIN Shang-jin,HU Cheng
(PLA University of Science and Technology,Nanjing 211101)

Based on the principle of the splitting of thewedge,the laser beam expander is used to form a point light source,and then by the parallel light tube,is used to form wedge interference,and the distance between two adjacent levels ismeasured by reading microscope,to measure the determination of semiconductor laser wavelength.Thismethod is simple and practical,has the high accuracy ofmeasurement.

wave length measurement;semiconductor laser;wedge interferometry

TP 212

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.006.009

1007-2934(2015)06-0031-03

2015-09-10