本发明专利技术提供了一种基于气压调节的无源光学谐振腔色散自动补偿系统，低真空腔室内固定有无源光学谐振腔，且安装有进气阀和抽气阀，抽气阀连通机械泵；无源光学谐振腔内固定有两个平面半透镜和两个凹面反射镜，其中一个凹面反射镜的背面装有压电陶瓷；压电陶瓷在驱动信号的驱动下改变无源光学谐振腔的长度；飞秒脉冲激光经过无源光学谐振腔，由光电探测器采集得到透射信号，透射信号通过示波器显示，并输入信号采集和处理模块，驱动阀门控制器，进而控制进气阀、抽气阀开闭和机械泵工作。本发明专利技术能够通过动态调节气压来自动控制无源光学谐振腔的腔内色散。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞秒无源光学谐振腔
，具体涉及到一种基于气压调节的低真 空无源光学谐振腔色散自动补偿系统。
技术介绍
无源光学谐振腔在激光
有着广泛的应用。其一，用于产生高次谐波的腔 增强技术是利用光束在无源光学谐振腔内干涉增强的效应，将腔内的能量放大，从而大大 地提高腔内非线性效应的转化效率;另外，在激光噪声滤除方面，无源光学谐振腔相当于一 个光学的低通滤波器，能够有效地过滤激光的强度和相位噪声。随着超短脉冲激光技术的日益成熟，无源光学谐振腔的应用也从连续光领域拓展 到飞秒脉冲光领域。值得注意的是，应用于飞秒脉冲激光的无源光学谐振腔需要考虑腔内 色散对其共振光谱带宽的影响。由于飞秒脉冲激光具有很多的频谱成分，色散的影响使得 飞秒脉冲激光很难在整个光谱范围内同时共振。由此可见，无源光学谐振腔应用于飞秒脉冲激光的相关实验研究中，无源光学谐 振腔内色散的控制是非常重要的。目前，控制无源光学谐振腔内色散一般有两种方法，一是 使用一个或多个啁嗽镜作为无源光学谐振腔的腔镜，用以补偿其他光学器件和空气引入的 色散。但是每个啁嗽镜的色散系数相对固定，也就是不能对腔内色散进行比较精细地补偿。 另一种是采用零色散镀膜的腔镜配合调节腔内气压的方式，这种方法的优点在于可以比较 精确地控制腔内色散，从而获得理想的透射光谱。但是手动调节气压的步骤比较复杂，如果 能实现腔内真空度的自动控制，将会给无源光学谐振腔长期稳定地工作提供保障。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于气压调节的无源光学谐振腔色散 自动补偿系统，能够通过动态调节气压来自动控制无源光学谐振腔的腔内色散。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:包括飞秒脉冲激光器、低真空腔室、 压电陶瓷、光电探测器、信号采集和处理模块、进气阀、抽气阀和机械栗。 所述的低真空腔室为密闭腔体，内部固定有无源光学谐振腔，低真空腔室上安装 有进气阀和抽气阀，且抽气阀连通机械栗;所述的无源光学谐振腔为环形腔结构，无源光 学谐振腔内固定有两个平面半透镜和两个凹面反射镜，其中一个凹面反射镜的背面装有压 电陶瓷;所述的压电陶瓷在驱动信号的驱动下作动，线性地改变无源光学谐振腔的长度;所 述飞秒脉冲激光器产生的飞秒脉冲激光经过无源光学谐振腔中的平面半透镜和凹面反射 镜，由光电探测器采集得到透射信号，透射信号通过示波器显示，并输入信号采集和处理模 块，信号采集和处理模块根据透射信号驱动阀门控制器，进而控制进气阀、抽气阀开闭和机 械栗工作。 所述的信号采集和处理模块控制开启动机械栗和抽气阀，减小低真空腔室内气 压，若透射信号的透射主峰对应的电压值提高，则继续抽气;如果透射主峰对应的电压值降 低，则关闭机械栗和抽气阀，开启进气阀门，提高低真空腔室内气压;重复本步骤，直至透射 光强达到最大。 所述的飞秒脉冲激光器采用钛宝石锁模激光器，中心波长815nm，带宽6nm，重复频 率75MHz。 所述压电陶瓷的驱动信号为三角波信号，频率5Hz，幅度变化范围0-500V。 所述光电探测器的响应波长为400nm-1000nm，增益可调为0dB-70dB。 本专利技术的有益效果是:色散控制的效果比单纯使用啁嗽镜要好，因为气压值可以 精细调节;省去了手动开关阀门的步骤，控制系统能自动寻找最佳气压值。【附图说明】 图1是本专利技术的结构示意图。 图2(a)没有色散补偿的透射信号图；附图2(b)为色散补偿达到最佳的透射信号图。 图3为真空度自动控制部分逻辑框图。 图4为典型低色散镜片的群速度色散随波长变化曲线图。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施 例。 本专利技术设计了一套通过动态调节气压来自动控制无源光学谐振腔内色散的系统。 整套系统主要包括光学和真空控制两部分。 光学部分主要是由中心波长815nm，带宽6nm，重复频率75MHz的飞秒脉冲激光器以 及无源光学谐振腔组成;真空控制系统包括低真空腔室(气压调节范围10~lOOmbar)，数据 采集和控制模块，阀门控制器，机械栗，电动抽气阀，电动进气阀等。部分未列出器件将在实 例中详细说明。 本专利技术所采用的技术方案是：利用空气的色散值与气压大小相关的特性，通过调 节腔内气压值来改变腔内的色散值。当飞秒脉冲激光注入到放置于低真空腔室内的无源光 学谐振腔并在腔内共振时，开启机械栗和电动抽气阀，机械栗向外抽气，低真空腔室内气 压减小。此时如果无源光学谐振腔透射峰对应的电压值比抽气之前高，则继续抽气;如果透 射峰对应的电压值比抽气之前低，信号采集和处理模块向阀门控制器发送指令，关闭电动 抽气阀，开启电动进气阀，空气进入低真空腔室，腔内气压升高。如此往复，直至透射峰对应 的电压值达到最大。 如图1所示，本实施例中基于气压调节的低真空无源光学谐振腔内色散自动补偿 系统由以下部件组成： 飞秒脉冲激光器1:飞秒脉冲激光器（钛宝石锁模激光器），中心波长815nm，带宽 6nm，重复频率75MHz; 低真空腔室2:从下往上分别由由殷钢底板，方形不锈钢腔体，有机玻璃盖三部分 组成，殷钢底板与方形不锈钢腔体、方形不锈钢腔体与有机玻璃盖之间均采用0型氟橡胶圈 和螺丝固定的方式来保证腔体的密封性。其中殷钢底板上有标准的光学螺丝孔，用以固定 无源光学谐振腔的腔镜。实例中所用的光学无源腔是环形腔结构，如图1所示，脉冲激光进 入光学无源腔后，先后分别经过两个平面镜和两个凹面镜，在靠近飞秒脉冲激光器一侧的 凹面镜背面装有压电陶瓷(PZT)3; 压电陶瓷(ΡΖΤ)3:在不同的电压驱动下ΡΖΤ伸长量不同，可以线性地改变无源光学 谐振腔的长度； 压电陶瓷驱动信号4:三角波信号，频率5Hz，幅度变化范围0-500V，施加在压电陶 瓷(PZT)3上，用以产生相应周期的透射峰信号； 光电探测器5:响应波长400nm-1000nm，增益可调0dB-70dB; 示波器6:用以实时监测无源光学谐振腔的透射信号； 信号采集和处理模块7:接收光电探测器5的电压信号，判断是否需要继续抽气或 者进气； 阀门控制器8:接收信号采集和处理模块7的信号，并发送指令控制电动进气阀9和 抽气阀10的开关。 电动进气阀9:一端连接方形不锈钢腔体侧壁上的KF法兰接口，另一端连通空气， 其开关连接阀门控制器8;电动抽气阀10: -端连接方形不锈钢腔体侧壁上的KF法兰接口，另一端连接机械 栗11，其开关连接阀门控制器8; 机械栗11:连接电动抽气阀10的一端，电动抽气阀10开启的同时机械栗11工作， 低真空腔室内的气压减小。 所述的飞秒脉冲激光器1、低真空腔室2、光电探测器5位于同一光学平台上。飞秒 脉冲激光器1发出飞秒脉冲激光，穿过方形不锈钢腔体侧壁上的石英玻璃窗片进入无源光 学谐振腔，先后分别经过两个平面镜和两个凹面镜。从远离飞秒脉冲激光器一侧平面镜透 射的飞秒脉冲激光穿过方形不锈钢腔体另一侧壁上的石英玻璃窗片进入光电探测器5,经 过光电探测器5转换而来的电压信号分成两路，一路连接示波器6实时监视，另一路连接信 号采集和处理模块7。经过处理后的信号传送给阀门控制器8,阀门控制器8将控制阀门开关 的指令发送给电动进气阀当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于气压调节的无源光学谐振腔色散自动补偿系统，包括飞秒脉冲激光器、低真空腔室、压电陶瓷、光电探测器、信号采集和处理模块、进气阀、抽气阀和机械泵，其特征在于：所述的低真空腔室为密闭腔体，内部固定有无源光学谐振腔，低真空腔室上安装有进气阀和抽气阀，且抽气阀连通机械泵；所述的无源光学谐振腔为环形腔结构，无源光学谐振腔内固定有两个平面半透镜和两个凹面反射镜，其中一个凹面反射镜的背面装有压电陶瓷；所述的压电陶瓷在驱动信号的驱动下作动，线性地改变无源光学谐振腔的长度；所述飞秒脉冲激光器产生的飞秒脉冲激光经过无源光学谐振腔中的平面半透镜和凹面反射镜，由光电探测器采集得到透射信号，透射信号通过示波器显示，并输入信号采集和处理模块，信号采集和处理模块根据透射信号驱动阀门控制器，进而控制进气阀、抽气阀开闭和机械泵工作。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：项晓，董瑞芳，刘涛，张首刚，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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