利用Fabry-Perot扫描干涉仪测量激光的纵模

       之前使用Thorlabs的SA200扫描式Fabry-Perot干涉仪（以后简称F-P扫描干涉仪），配套其电压控制器SA201测量了实验室的一款可调谐激光器的纵模，型号为FLS-2800，产自EXFO，本来是想拿F-P扫描干涉仪来测量新搭的2um可调谐光纤激光器的纵模，并分析其纵模结构特性，无奈实验因为时间问题没有及时完成，所以就先拿EXFO公司的产品熟悉了下SA200的操作，下面来详细说明一下利用F-P干涉仪测量激光纵模的原理、实验仪器说明以及具体实验步骤。

       模式测量方法主要有三种：直接观测法、扫描干涉仪法、和自差法，直接观测法主要是针对横模，而且对于强光和非可见光都不适用，所以这里不赘述，自差法在测量窄线宽激光方面有一定优势，但对于多纵模或者双纵模则无能为力，我了解的也不是很深。所以本文还是强调第二种方法，及扫描干涉仪法，具有最直观的观测效果和最广泛的应用。

1.F-P干涉仪测量纵模原理

        F-P干涉仪，学光的应该没有不知道其大名的，作为物理光学这门课中典型的多光束干涉装置，F-P干涉仪是重点中的重点，在《物理光学（梁铨廷版）》122页有讲到，经过一番公式推导，得到:

       即满足频率条件，才能通过干涉仪。

       下面为扫描干涉仪的原理图（来自《光纤激光器及其应用（郭玉彬，霍佳雨版）》）：

       这是一般的扫描干涉仪的结构图，与F-P标准具最大的不同是其通过扫描电压改变腔长L使激光能够在某些长度下通过干涉仪，被其后的PD（光电探测器）探测到，从而在示波器上进行显示，非常高的分辨率使得其可以分辩出不同模式的频率，这就是F-P扫描干涉仪测量激光纵模并可以分析其模式结构的原理。

另外，还涉及到干涉仪的自由光谱范围Δγ这个参数：

2.实验仪器介绍说明

2.1 SA200

       自由光谱范围（FSR）为1.5GHZ

       最低精细度为200

       分辨率7.5MHZ

       实物图就是这样的（照片来自Thorlabs官网），一端是激光（光信号）输入，一端是SMA接口（电信号）输出，BNC接口为扫描控制电压输入。

      下图为SA200扫描干涉仪原理图：

 

       可以看到其主要结构是由两个曲率半径相同的凹面镜组成的共焦腔。通过压电传感器来调节腔长，进而调节峰值频率的，最后被光电二极管探测器接收。

2.2 SA201

       这是SA200配套的电压控制器，是单独卖的。其主要工作就是用来辅助控制SA200。提供电压斜坡信号扫描电压（扫描时间可调，直流偏置可调），以及内置互阻式增益放大器（增益可调），用来放大SA200内置的光电二极管的输出信号。另外，还提供触发器触发功能，方便追踪观测细节部分。

3.实验步骤

       FLS-2800可调谐激光源事先调到1550nm输出，接下来测量分析其模式结构（纵模）。首先按照下图，即实验结构图搭好结构：

       搭好实验结构后，如图：

       示波器选用RIGOL采样频率1G/s，分辨率100MHz，双通道数字示波器。

       接通SA201电源（220V输入），事先已经选好增益，扫描电压也设置好了，即可在示波器上观察到锯齿形扫描电压，如下图：

       可见其扫描时间约10ms。接下来就可以将激光输入了（本来需要通过光具座和光学调整架来进行对准的，但实验条件受限，所以暂且使用手动对准。。。尴尬，但本实验只是练习其使用，没什么大意义，所以就先暂且这样），激光输入后，示波器1通道立刻有反应：

       从而可知一个扫描周期中，有单一频率的光通过F-P扫描干涉仪并被PD接收，所以可见其为单纵模激光器，有非常好的单色性（毕竟产品），放大观察纵模结构，如下图：

        其包络结构十分完整，受限于示波器的分辨率，但在一定条件下可认为该可调谐激光器输出的激光为单纵模激光。

        以上，简要介绍了利用Thorlabs公司的SA200t扫描式Fabry-Pero干涉仪测量激光纵模的原理和方法，由于本人初入激光领域，所以在很多地方的知识都十分欠缺，希望各相关领域的大牛和专家能够指出我实验以及专业方面的错误，在下会虚心接受批评，虚心学习。