一种测量倍频腔倍频效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种测量倍频腔倍频效率的方法，该方法改进了原有技术由于忽略腔内损耗造成的误差扩大和使用受限，使得可以在损耗存在的情况下测量倍频效率，该方法整个测量过程都避免使用光功率计，只使用同一光电探测器测量同一波长，不存在因为校准功率探头产生的不确定度，系统误差可以大幅减小。该方法还可以不进行锁腔就完成测量，测量效率快，有益于倍频腔初期调试和参数选择，避免由于初期系统不稳定导致测量效率重复性差，影响对参数的调整。

A method for measuring frequency doubling efficiency of frequency doubling cavity

The invention discloses a method for measuring the frequency doubling efficiency of a frequency doubling cavity. The method improves the error enlargement and the limitation of use caused by ignoring the loss in the cavity, so that the frequency doubling efficiency can be measured in the presence of the loss. The method avoids using an optical power meter throughout the measurement process and only uses the same photoelectric detector. In the same wavelength measurement, there is no uncertainty caused by calibrating the power probe, and the system error can be greatly reduced. This method can also complete the measurement without locking the cavity, and the measurement efficiency is fast. It is beneficial to the initial debugging and parameter selection of the frequency doubling cavity, avoiding the bad repeatability of measurement efficiency caused by the instability of the initial system and affecting the adjustment of parameters.

【技术实现步骤摘要】
一种测量倍频腔倍频效率的方法
本专利技术涉及激光腔外倍频
，尤其涉及一种测量倍频腔倍频效率的方法。
技术介绍
近年来激光腔外倍频技术在基础科学领域的应用广泛，尤其是冷原子物理、精密测量物理等实验上会需要某些特殊波长的连续单频激光。腔外使用谐振腔相比于单次通过等其他腔外倍频方式，通常是提高倍频效率最为有效途径，通过谐振腔使得基频光在腔内形成共振达到增加基频功率的效果，从而提高倍频效率。所以倍频效率是表征一个倍频腔性能的关键指标。常见的倍频腔倍频效率测量是在腔锁定之后测量倍频光功率和入射的基频光功率，二者的比值即为倍频效率。这种功率的测量需要使用光功率计，该方式引入了功率探头的测量不确定度。商用功率探头的测量不确定度一般在正负2％至正负5％，这种不确定度通常由于功率校准产生，和波长关系密切，尤其是像倍频腔产生的特殊波长激光，通常商用仪器不会在这些波长下进行校准，不确定度比校准使用的波长要大。而倍频效率计算更是需要两个波长的功率值，其不确定度也无法通过计算消除，所以倍频效率的计算误差非常大。这非常不利于对倍频腔的评估，以及在测试阶段对倍频腔效率的优化。在现有技术中，研究人员通过使用光电探测器测量入射镜的反射光，在谐振腔共振和非共振情况下反射光不同的光强反映在光电探测器不同的电压值上，计算二值之比可以得到基频光消耗率，其在腔损不计的情况下近似等于倍频效率(参考文献AstS,NiaRM,etal.High-efficiencyfrequencydoublingofcontinuous-wavelaserlight[J].Opticsletters,2011,36(17):3467-3469.)。利用这种方法可以避免使用功率计，只使用同一光电探测器测量同一波长，不存在因为校准功率探头产生的不确定度，系统误差可以大幅减小。而该方法的不足之处在于认为腔内损耗小于误差棒，所以忽略了腔内损耗的存在，并在计算中把损耗也算在倍频转换的消耗内。对于一个腔内损耗很小的倍频腔，这种近似是合理的。但是实际情况中低损耗的倍频腔很少有条件实现，由于晶体的吸收和散射、腔镜镀膜的不完美或者低非线性系数晶体的使用，使得损耗相对于非线性转换过程不能直接忽略，否则造成的误差非常之大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测量倍频腔倍频效率的方法，具有测量效率高与测量精确度高的优点，且适用于各种腔型的倍频腔。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种测量倍频腔倍频效率的方法，包括：利用反光镜、光电探测器及衰减片搭建测量光路，其中光电探测器的输出信号连接到示波器；然后，执行如下步骤：将入射光功率调到最大或需测功率值，在示波器上观察并记录在谐振腔共振与非共振情况下反射光分别对应的电压值V1_min与V1_max；把入射光功率调到最低，如果示波器示数低于预设值则将衰减片衰减调低或去掉，使示波器上能观察到符合要求的电压值，调节倍频腔中非线性晶体温度使之远离最佳匹配温度，即使非线性晶体温度完全失配，再次记录倍频腔在共振和非共振情况下反射光分别对应的电压值V2_min与V2_max；将光电探测器遮住，测量并记录其0功率输入状态的电压值V0；结合电压值V1_min、V1_max、V2_min、V2_max与V0计算倍频腔倍频效率。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，改进了原有技术由于忽略腔内损耗造成的误差扩大和使用受限，使得可以在损耗存在的情况下测量倍频效率，该方法整个测量过程都避免使用光功率计，只使用同一光电探测器测量同一波长，不存在因为校准功率探头产生的不确定度，系统误差可以大幅减小。该方法还可以不进行锁腔就完成测量，测量效率快，有益于倍频腔初期调试和参数选择，避免由于初期系统不稳定导致测量效率重复性差，影响对参数的调整。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种测量倍频腔倍频效率的方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种测量倍频腔倍频效率的方法的测量光路示意图；图3为本专利技术实施例提供的读数示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种测量倍频腔倍频效率的方法，如图1所示，其主要包括如下步骤：步骤1、利用反光镜、光电探测器及衰减片搭建测量光路，其中光电探测器的输出信号连接到示波器；然后，执行如下步骤。步骤2、将入射光功率调到最大或需测功率值，在示波器上观察并记录在谐振腔共振与非共振情况下反射光分别对应的电压值V1_min与V1_max。步骤3、把入射光功率调到最低，如果示波器示数低于预设值(示数过低)则将衰减片衰减调低或去掉，使示波器上能观察到符合要求的电压值(即明显读数的电压值)，调节倍频腔中非线性晶体温度使之远离最佳匹配温度，即使非线性晶体温度完全失配，再次记录倍频腔在共振和非共振情况下反射光分别对应的电压值V2_min与V2_max。本领域技术人员可以理解，调节倍频腔中非线性晶体温度使之远离最佳匹配温度，可以理解为使非线性晶体温度完全失配，使单次倍频效率极低。具体的可以认为调节晶体温度使之与最佳匹配温度的温度差大于晶体匹配温度带宽。步骤4、将光电探测器遮住，测量并记录其0功率输入状态的电压值V0。步骤5、结合电压值V1_min、V1_max、V2_min、V2_max与V0计算倍频腔倍频效率。本专利技术实施例中，以测量一个四腔镜的环形谐振腔为例来介绍测量光路的结构。如图2所示，测量光路主要包括：第一、第二与第三反射镜(依次标记为1、2、8)、衰减片9、滤波片10及光电探测器11；倍频腔包含四面腔镜(依次标记为3～6)；其中：基频光依次经过第一与第二反射镜，从倍频腔的第一腔镜3入射进入倍频腔内，第一腔镜3为部分反射镜(透过率为T)，一部分基频光从第一腔镜3入射，从最后一个腔镜6出射；其中最后一个腔镜6与其之前的一个腔镜5之间还设有一安装在温度控制装置中的非线性晶体7；另一部分基频光则沿着最后一个腔镜6指向第一腔镜3方向反射，经过第三反射镜8后依次穿过衰减片9与滤波片10进入光电探测器11；其中，衰减片9为可调衰减片，滤波片10透过基频光，反射其他波长的光(特别是倍频光波长)。本专利技术实施例中，倍频腔后三块腔镜(4、5、6)镀膜高反基频光，高透倍频光。前两个腔镜(3、4)为平面镜；后两个腔镜(5、6)为凹面镜，且后面分别粘有一块压电陶瓷，通过施加电压，可以改变压电陶瓷厚度从而改变腔长。非线性晶体7为周期极化倍频晶体的，该晶体装在温度控制装置中，可以调节温度至晶体的最佳匹配温度并保持温度稳定。本专利技术实施例中，光电探测器11可以使用商用光电探测器。光电探测器的输出信号连接到示波器。用信号源给腔镜的压电陶瓷施加三角波扫描信号，使谐振腔的腔长处于往返变化的扫描状态，在扫描过程中，腔在某一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量倍频腔倍频效率的方法，其特征在于，包括：利用反光镜、光电探测器及衰减片搭建测量光路，其中光电探测器的输出信号连接到示波器；然后，执行如下步骤：将入射光功率调到最大或需测功率值，在示波器上观察并记录在谐振腔共振与非共振情况下反射光分别对应的电压值V1_min与V1_max；把入射光功率调到最低，如果示波器示数低于预设值则将衰减片衰减调低或去掉，使示波器上能观察到符合要求的电压值，调节倍频腔中非线性晶体温度使之远离最佳匹配温度，即使非线性晶体温度完全失配，再次记录倍频腔在共振和非共振情况下反射光分别对应的电压值V2_min与V2_max；将光电探测器遮住，测量并记录其0功率输入状态的电压值V0；结合电压值V1_min、V1_max、V2_min、V2_max与V0计算倍频腔倍频效率。

【技术特征摘要】
1.一种测量倍频腔倍频效率的方法，其特征在于，包括：利用反光镜、光电探测器及衰减片搭建测量光路，其中光电探测器的输出信号连接到示波器；然后，执行如下步骤：将入射光功率调到最大或需测功率值，在示波器上观察并记录在谐振腔共振与非共振情况下反射光分别对应的电压值V1_min与V1_max；把入射光功率调到最低，如果示波器示数低于预设值则将衰减片衰减调低或去掉，使示波器上能观察到符合要求的电压值，调节倍频腔中非线性晶体温度使之远离最佳匹配温度，即使非线性晶体温度完全失配，再次记录倍频腔在共振和非共振情况下反射光分别对应的电压值V2_min与V2_max；将光电探测器遮住，测量并记录其0功率输入状态的电压值V0；结合电压值V1_min、V1_max、V2_min、V2_max与V0计算倍频腔倍频效率。2.根据权利要求1所述的一种测量倍频腔倍频效率的方法，其特征在于，所搭建的测量光路包括：第一、第二与第三反射镜、衰减片、滤波片及光电探测器；其中：基频光依次经过第一与第二反射镜，从倍频腔的第一腔镜入射进入倍频腔内，第一腔镜为部分反射镜，一部分基频光从第一腔镜入射，从最后一个腔镜出射；其中最后一个腔镜与其之前的一个腔镜之间还设有一安装在温度控制装置中的非线性晶体；另一部分基频...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈奇，崔星洋，颜美晨，彭承志，陈宇翱，潘建伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34