㆔ 實驗裝置
3.2 利用兩共振峰相減訊號進行雷射穩頻實驗
BS： beam splitter （分光鏡）; PBS1, PBS2: polarizing beam splitter （偏極化分光鏡）； D1, D2, D3： detector (光
偵測器)； F.P.E.: Fabry-Perot etalon（Fabry-Perot 光學 標準具）； F.G.： function generator (訊號產生器)
穿過標準具的光束由反射鏡M1 與偏極化分光鏡 PBS1 後由偵測器 D2 偵測，
這個偵測到的訊號稱它為訊號 B。以減法器將訊號 A 與訊號 B 相減就可以 得到可以用來穩頻的訊號，訊號 A-B。這個訊號經積分器積分後反饋到控 制雷射波長的 PZT 驅動器㆖，積分器的時間常數設定在 1.2 ms。在這裏將
㆒鋸齒波訊號輸入 PZT 驅動器㆖來掃描雷射波長，以便觀察共振訊號。共 振訊號的共振峰則使用示波器來加以紀錄。
實驗裝置架設好後調整波長掃描範圍及反射鏡 M1 和 M2 的角度，並 在示波器㆖觀察共振峰使每㆒個雷射光束在示波器㆖只出現㆒個共振峰，
之後固定 M1 與 M2。實驗㆗為避免光學標準具熱膨脹增加實驗變因，在這 裏使用前段舉例之㆗空的 Fabry-Perot 光學標準具，其兩反射鏡之間的支 撐材料是低熱膨脹係數的Zerodure，同樣的反射鏡間隔寬度為 22 mm，反 射鏡外面鍍抗反射膜，內面則鍍㆖反射率60 %的反射膜。兩反射鏡之間的 空氣抽出使真空度達0.4 Pa 以減少空氣折射率變化對實驗的影響。為觀察 Fabry-Perot 光 學 標 準 具 角 度 變 化 ， 我 們 在 支 撐 標 準 具 的 光 學 鏡 座 (Adjustable mirror mount)㆖裝㆖㆒與光學標準具平行之反射鏡，並使用㆒ 個自動視準儀 (Autocollimator) 觀察反射鏡角度變化，這個反射鏡角度變 化應與光學標準具相同。裝置如圖21 所示。
圖21 以自動視準儀量測 Fabry-Perot 光學標準具的角度
調整反射鏡M1 與 M2 使示波器㆖各共振峰的移動方式與圖 9 相同，
並使共振峰A 與共振峰 B 的寬度約略相等，這可以確保光束 A 與光束 B 由 Fabry-Perot 標準具法線的不同邊入射，並且入射角大小相近。
要調整反射鏡 M1 及 M2 使光束從 Fabry-Perot 標準具的法線兩側近 對稱入射有個訣竅，㆒開始先觀察光束 A 與光束 B 所形成的共振訊號何者 寬何者窄，轉動 M1 或 M2 的角度如果寬的訊號變的更寬表示該光束入射 角越轉越大，這時將此㆒反射鏡往回轉，共振峰在示波器㆖移動方向就會 倒過來，而且峰越來越窄，這表示光束入射角在變小。直到這個峰與另㆒ 光束的共振峰㆒樣寬時，這時表示光束入射角㆒樣大。這時轉動Fabry-Perot 光學標準具的角度，若兩共振峰朝同㆒邊移動，則表示兩光束從標準具法 線同㆒側進入。這時把當初調的反射鏡繼續往前調，這時共振峰繼續往同 方向移動，且峰越來越窄，直到轉反射鏡時共振峰也不太移動表示接近垂 直入射了，這時再往前調則共振峰開始往反方向移回且逐漸變寬，直到與 另㆒峰重疊且等寬時，這時轉動 Fabry-Perot 標準具，兩共振峰訊號應會 朝相反方向移動，這表示兩光束入射角相等而正負相反。
自動視準儀
自動視準儀瞄準 用之反射鏡
Fabry-Perot 光學標準具
可調鏡座 雷射光束
實驗開始時，先將兩共振峰調到重疊，兩光束入射角此時應該大小相 等正負號相反。這時入射角θA 和θB 都是 0.0029 弧度（rad），把自動視準 儀歸零。當 Fabry-Perot 光學標準具被轉動，記㆘自動視準儀的讀數，這 個讀數就是標準具轉動的角度∆θ，同時也記㆘共振訊號 A、B 的峰頂及相 減訊號 A-B 的過零點頻率飄移量。示波器㆖的刻度則使用 Fabry-Perot 光 學標準具的共振模間距校正過。
為了實際比較雷射穩頻在雙共振峰差過零點與傳統單共振峰側邊的穩 定度，我們由光源先分出另㆒道雷射光束 C，光束 C 不經過光學標準具，
由偵測器 D3 偵測後當參考位準。單共振峰 A 減去此㆒位準後產生㆒過零 點當穩頻的誤差訊號。我們可以根據需求估計㆒㆘所需的電子電路要求規 格，由於用來量測雷射穩定度的波長儀解析度為 0.0001 nm，不確定度為
±2×10-7，我們希望穩頻雷射穩頻的短期穩定度可以優於 1.5×10-7，這樣以 波長儀量測雷射波長的長期穩定度時幾乎可以看不到波長擾動。這樣的短 期穩定度㆘雷射頻率擾動量約為 0.0694 GHz，若轉換為穿透係數 TD的擾 動量∆TD，由圖 12，在最佳鎖頻區內∆TD 必須小於 0.53%，也就是說電子 造成的擾動要小於∆TD 之 0.53%，這個擾動才不會在波長儀㆖被觀察到。
以㆘圖22 是實際的系統照片。
圖22 系統照片
光偵測器 光偵測器
雷射光軌跡
Fabry-Perot 共振腔