F-P腔的調節一、F-P腔的工作原理二、F-P腔的結構三、F-P腔的調節四、F-P腔在光學實驗中的應用一、F-P腔的工作原理F-P腔（Fabry-perotCavity）是一種利用多光束干涉現象來工作的裝置圖1多光束干涉示意圖如圖1,一束光0入射到一上下表面平行的薄膜上,它將產生一系列的反射光束1,2,3,…,和一系列的透射光束1’,2’,3’,…反射光和透射光的總振幅和光強分別為:式中，計算可得透射光強為:(3)為入射光強。(4)利用（4）式可作出F-P腔透射特性曲線如圖2所示圖2IT/I0R=5%R=25%R=75%R=50%

圖中曲線表明，隨著R的增大，透射光強極大的銳度越來越大。R的增大意味著無窮系列中后面光束的作用越來越不可忽略，從而參加到干涉效應中的光束數目越來越多，其結果是使干涉條紋的銳度變大。這一特征正是多光束干涉的普遍規律。

它反映了F-P腔的分辨率.

定義F-P腔的精細度F(Finesse)為.

二、F-P腔的結構

實驗中所用的腔鏡反射率為R=0.98,代入(5)式得精細度F=155.在實驗中調節的F-P腔是由山西大學光電研究所設計的可控溫F-P腔,由于F-P腔的腔長的變化,將影響到透射光頻率的穩定性,為此,在該F-P腔的設計中,充分考慮了環境溫度的變化,空氣的變化及機械振動等干擾的防護.(5)圖4

F-P腔外觀結構圖為了減小空氣的流動,采用了密封的腔體,即用鋁罩將腔體封住;為了減小溫度的影響,采用了熱膨脹系數較小的殷鋼材料(線膨脹系數為α=9×10-7/℃),同時用控溫精度為0.3％的控溫儀,通過珀耳帖元件和熱敏電阻來控溫(為了避免殷鋼導熱性差對控溫時間的限制又在殷鋼外包了一層對熱反應敏感的紫銅);為了防震,在紫銅的外邊包了一層膠木(起一定的保溫作用),并將整個裝置放在防震臺上。F-P腔對光路的要求非常嚴格,它要求光能夠從它的兩面反射鏡的中心準確地通過,所以對光路的調節要求非常精確.不能使光路有左右或上下的一丁點的偏差.光路的調節如下圖5所示:三、F-P腔的調節圖5F-P腔光路的調節(3)a.粘貼腔的第一片腔鏡，由于粘貼后的腔鏡的軸線與準直的光路不一定完全重合，可能存在誤差，因此，在粘貼過程中需借助一個磁力座來減小這個誤差。把粘貼好的腔鏡裝置放在磁力座上進行校正，這時也需借助光闌，調節的目的是使入射光斑與出射光斑的中心重合，調節過程中要在A-B膠未完全固化之前，通過旋轉鏡片使得入射光斑與反射光斑在最小誤差范圍內達到重合，旋轉時注意手指不要接觸鏡面,否則可能造成對鏡面的損壞。調節過程持續15分鐘左右。由于磁力座不可能做的精確水平，因此粘貼好的腔鏡在校正后任可能存在較小的誤差。b.粘貼第二片鏡子。同樣需要用一個光闌來幫助調節。調節過程需要借助保險絲來達到入射光斑與反射光斑重合的效果。第二片鏡子是粘貼在壓電陶瓷上的,粘貼好后還要在壓電陶瓷上焊接高壓線（注意壓電陶瓷是內正外負在高壓線上作好標志）。（4）兩片腔鏡粘貼好后，在F-P腔的前面加一個f=150mm的聚焦透鏡，使聚焦透鏡的焦點大致在腔的中心處。用CCD觀察出射的光斑（有兩個），使它們重合并達到很好的干涉效果（可以看到明暗閃爍），同時不斷調整腔長，使腔長最佳（L=100mm）。這些都是通過示波器來觀察和調整的。

(1)提高單色性將一非單色光輸入F-P腔之后得到的輸出曲線圖,頻率是等間隔的,每條單模的譜線寬度隨R和H的增大而減小,即F-P腔對輸入的非單色光起挑選波長,壓窄線寬,從而提高單色性的作用.這點在激光技術中得到重要的應用.四、F-P腔在光學實驗中的應用1F-P腔在光譜學中的應用

穩頻技術是從事若干量子光學實驗的重要問題,直接應響著實驗結果的好壞,穩頻技術的提高將促使我們對微觀世間進一步了解和認識及前沿學科的發展.穩頻技術不僅在高精度光學測量,光學通信等方面具有重要的應用前景,而且它是從基礎研究到應用研究的各種實驗不可缺少的環節.F-P腔是一種分辨波長微小變化的元件,同時,也能以相同的精度分辨出頻率的改變,因而可用作激光穩頻基準.它突出的優點是較寬頻率動態工作范圍.

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F-P腔穩頻技術

3F-P作為反饋元件的應用在自由運轉狀態下，半導體激光器譜線一般較寬,由于低Q腔和電場振幅相位之間的相互耦合，使光的振幅和相位噪聲較大，在光通信、量子光學、BEC等應用和實驗中，要求窄線寬，頻率穩定性高的單頻低噪聲光源。大量研究表明，通過外加光反饋如光柵外部反饋，F-P腔外部反饋等不但可將半導體激光器線寬壓窄，而且還可將頻率調到特定的波長區