蘭姆凹陷

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蘭姆凹陷是全國科學技術名詞審定委員會公布的科技類名詞。

在漢字的歷史上，人們通常把秦代之前留傳下來的篆體文字和象形文字稱為「古文字」，而將隸書和之後出現的字體稱為「今文字」。因此，「隸變」就成為漢字由古體（古文字）演變為今體（今文字）的分界線。

目錄

名詞解釋

多譜勒加寬的單縱模氣體激光器中，輸出功率總是隨縱模頻率向中心頻率的靠近而增大，但是當縱模頻率接近中心頻率時，由於增益曲線上兩個燒孔重疊而使能夠受激輻射的粒子數減小，因而光強反而下降，在中心頻率出現凹陷，稱為蘭姆凹陷。這一輸出特性在穩頻技術中常用。

思路：反轉粒子數燒孔→增益係數曲線燒孔→多普勒加寬的氣體激光器的對稱燒孔→燒孔和功率的關係→蘭姆凹陷

發現

He-Ne 激光器發明兩年後，1962年，蘭姆位移的發現者，諾貝爾物理獎得主小W.E.蘭姆教授正在耶魯大學對氦氖激光器作理論分析。他的目的是要根據原子在電磁場作用下振盪的經典模型，計算激光強度隨空腔參數改變的關係。他原來預計，空腔原子有一定的自然躍遷頻率，當空腔頻率與原子躍遷頻率一致時，會因為諧振而使激光強度達最高值。可是出乎他的意料，計算所得的曲線卻在諧振處呈現極小值，形成一凹陷。他花了許多時間反覆核算，沒有找出錯誤，肯定計算是正確的。當時，蘭姆並不知道這就是由於飽和和多普勒頻寬引起燒孔效應的後果（不久就清楚了），但是他敏感地預見到，這一凹陷有助於頻率的穩定，因為他在理論計算中參考了二十年代電子學家范德泡爾（van der Pol）關於多頻振盪器的理論，這一理論證明只要滿足一定條件就可以出現頻率鎖定現象。

證實存在

蘭姆作出理論預測後，並沒有馬上發表，而是將手稿寄給激光器的另外兩位先驅，賈萬和本勒特（Bennett），請他們發表意見。賈萬回信說，他雖然沒有觀察到這個現象，但相信會有，因為他曾觀察到與之有關的推頻效應。本勒特則把自己的實驗記錄寄給蘭姆，他在激光輸出隨調諧頻率變化的曲線中沒有找到凹陷信號，表示對此沒有信心。他所在的貝爾實驗室有一位同事叫R.A.麥克發倫（R.A.McFarlane），得知後對這個問題產生了興趣，主動承擔起實驗研究的工作。他用磁致伸縮方法使氦氖激光器的光學腔改變長度，從而調整諧振頻率，開始時，他的激光管中用的是自然豐度的氣體（氖的成分為20Ne，90.92%；21Ne，0.26%；22Ne，8.82%），在諧振曲線上也沒有觀察到凹陷，但他注意到曲線有些不對稱，似乎是兩種頻率疊加而成的。他意識到這可能是氖的同位素效應，於是在賈萬的幫助下，做了22Ne（純度達99.5%）的氦氖激光器，果然，在中心頻率附近出現了微淺的凹陷信號。功率加大後，凹陷隨之變深，形成明顯的鴕峰曲線。於是，麥克發倫、本勒特和蘭姆三人聯名於1963年發表了實驗結果，正式宣布蘭姆凹陷的存在。與此同時，賈萬也發表了類似報告。從此，單模穩頻氦氖激光器登上了精密計量工作的舞台，在長度和頻率的計量中發揮了重要作用，並且開闢了激光穩頻的廣闊領域。

蘭姆凹陷穩頻方法

蘭姆凹陷穩頻技術是利用非均勻加寬氣體激光器的輸出功率在中心頻率v0處有一極小值點這一現象工作的。

要使激光器輸出功率保持極小值，常用的方法是在激光器諧振腔長上施加一微小的周期性調製信號，使激光器的輸出功率存在對應的微小波動; 信號處理電路將輸出功率的微小波動進行帶通放大、相敏檢波，得到信號的相位信息; 該相位信息作為PID控制電路的輸入信號，輸出信號經過高壓放大後驅動壓電陶瓷管，調整激光器諧振腔長。通過這一閉環控制過程保持相敏檢波信號輸出為零，即可將激光器諧振頻率調整到工作物質中心頻率v0處。

通過腔長調製判斷輸出功率所處蘭姆凹陷曲線上位置的方法，實際上是利用蘭姆凹陷曲線的一次導數曲線在中心頻率v0處有一過零點這一規律工作的。根據蘭姆凹陷曲線的特點，可知其一次導數曲線不是單調曲線，因此無法保證整個工作區間內控制系統始終處於負反饋狀態，即無法實現控制系統在任意初始狀態均能實現穩頻鎖定#只有在凹陷點附近很小的區域內，控制電壓與相敏檢波輸出的關係才是單調關係，閉環控制系統才能形成負反饋，正常工作。

模擬式蘭姆凹陷穩頻激光器結構原理如圖所示。圖中蘭姆凹陷波形的掃描由手動掃描部分實現，操作者通過示波器觀察輸出功率的變化，判斷蘭姆凹陷點，在凹陷點附近將控制電路切換為閉環模式，PID控制電路將自動跟蹤鎖定到蘭姆凹陷點。