一种折叠腔光腔衰荡装置激光注入腔内的耦合效率测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于折叠腔构型的光腔衰荡装置激光注入腔内的耦合效率测量方法，采用激光束通过一块平面高反射腔镜斜入射地注入到折叠腔中，被平面高反射腔镜反射的激光束功率由功率计连续测量记录，通过遮挡腔内激光束控制腔内激光束是否发生共振耦合，计算遮挡/无遮挡两种情况下功率计所记录的反射激光束功率的比值可以得到激光耦合进入腔内的比例，即激光注入的耦合效率。本方法在现有基于折叠腔光腔衰荡装置上，只需采用功率计测量记录平面反射腔镜的反射激光束功率，不改变原有衰荡光腔结构和激光器输出光束模式，就可得到激光注入腔内的耦合效率，具有方法简单、调节方便、成本低等优点。成本低等优点。成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种折叠腔光腔衰荡装置激光注入腔内的耦合效率测量方法


[0001]本专利技术涉及光学元件光学损耗测量的光腔衰荡
，特别涉及折叠腔光腔衰荡装置中激光注入腔内的耦合效率的测量。

技术介绍

[0002]光腔衰荡技术是一种基于高精细度无源光学谐振腔的高灵敏度低损耗测量技术，已广泛使用于高反射率/透射率测量、高分辨率光谱检测以及痕量气体检测等众多领域。在使用连续光腔衰荡技术或者光反馈光腔衰荡技术测量高反射率/高透射光学元件的反射率/透射率时，可以使用折叠腔结构作为初始衰荡腔。其中，连续激光束注入腔内不仅需要满足横模匹配也需要满足纵模匹配(频率匹配)，频率匹配直接影响入射激光和衰荡腔之间的耦合效率。激光注入腔内的耦合效率即为衰荡腔透射光谱积分能量和激光器输出光谱积分能量的比值，耦合效率高可以在不提高现有激光器输出功率的条件下极大地提高衰荡光腔的输出光功率，探测器所获信号的信噪比增大，系统灵敏度也相应提高。因此，基于光腔衰荡技术的激光注入腔内的耦合效率的获取具有十分重要的意义。现有光腔衰荡技术中激光注入的耦合效率的获取一般通过理论计算，即从激光器输出的频谱和衰荡腔的透射光谱通过数值计算得到。在具体的实验测量中，耦合效率的测量主要是首先测量在进入腔内前的激光器的输出功率，即入射光功率，然后测量衰荡腔内激光束发生共振时的衰荡腔的透射功率，两者比值得到激光注入的腔内的耦合效率。在此方法中，因为腔内的功率是一个积累的过程，腔内功率变化幅度相差过大，腔透射光功率也存在大范围的波动，加上激光器输出光功率也并不是一个稳定值，存在波动，因此耦合效率不能准确测量，此种方法得到的耦合效率是一个估值，精度低。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有基于折叠腔光腔衰荡装置中激光注入腔内的耦合效率获取方法的不足，提出了一种折叠腔光腔衰荡装置激光注入腔内的耦合效率测量方法，该方法无需改变衰荡腔结构，也不影响激光器输出光束模式，对整个光腔衰荡装置的输出也没有任何影响，实验装置结构简单、调节方便、成本低。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：用于折叠腔光腔衰荡装置激光注入腔内的耦合效率测量方法，采用激光束通过平面高反射腔镜斜入射地注入折叠腔，被平面高反射腔镜反射的激光束由激光功率计连续测量记录功率一段时间，通过遮挡/非遮挡腔内来回反射的激光束是否发生共振，计算两种情况下功率计所记录激光束功率的比值得到激光耦合进入腔内的比例，其得到耦合效率的测量步骤如下：
[0005]步骤(1)、将由半导体激光器发出的一束连续激光束注入光学谐振腔中，所述的光学谐振腔为一折叠腔，由两块相同的平凹高反射腔镜和一块平面高反射腔镜组成，或者由三个以上高反射腔镜构成折叠初始腔，同时也可以在初始腔的基础上加入被测高反射光学元件构成测试腔，所述激光束从平面高反射腔镜斜入射地注入光学谐振腔，其反射光束功
率由激光功率计测量；光腔衰荡信号由一块平凹高反射腔镜输出并由光电探测器探测和数据采集卡采集，由计算机进行数据处理得到光腔衰荡信号的衰荡时间；
[0006]步骤(2)、调节所述光学谐振腔中的两平凹高反射腔镜或平面高反射腔镜的俯仰角使光路对准使采集的衰荡信号幅值最大；保持腔结构不变，在一段时间内连续记录平面高反射腔镜反射的激光束功率；
[0007]步骤(3)、在光学谐振腔中加入遮挡元件使腔内激光束无法发生共振，在一段时间内连续记录平面高反射腔镜反射的激光束功率；
[0008]步骤(4)、重复步骤(2)和步骤(3)5次以上，每次分别记录腔内共振和不共振两种情况下平面高反射腔镜反射的激光光功率；
[0009]步骤(5)、对步骤(4)中获得的平面高反射腔镜反射的激光束功率分为两类作统计平均：腔内共振情况下的平均功率记为P1，腔内不发生共振情况下的平均功率记为P2，得到激光注入腔内的耦合效率为：(P2‑
P1)/P2。
[0010]其中，所述光学谐振腔为三个及以上高反射腔镜组成的折叠腔，构成的光学谐振腔满足光学稳定腔条件。
[0011]其中，所述光腔衰荡装置可以为光反馈光腔衰荡装置，也可以为连续光腔衰荡装置。
[0012]其中，所述的激光功率计分辨率应小于激光输出功率的百分之一，且噪声等效功率小于激光输出功率的千分之一。
[0013]其中，所述平面高反射腔镜反射率均大于99％。
[0014]本专利技术具有如下优点：无需更改光学谐振腔结构，不影响反馈回激光器谐振腔的部分反射光，对激光器输出不会造成影响，能够对激光注入的耦合效率进行实时的高精度测量。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的作为初始腔的光反馈光腔衰荡装置示意图；
[0016]图2为本专利技术的作为测试腔的光反馈光腔衰荡装置示意图；
[0017]图3为本专利技术的激光功率计所记录的初始腔内发生共振与不共振情况下的平面高反射腔镜反射的激光束功率变化图；
[0018]图4为本专利技术的激光功率计所记录的测试腔内发生共振与不共振情况下的平面高反射腔镜反射的激光束功率变化图；
[0019]图1和图2中：1为半导体激光器；2为平面高反射腔镜；3和4为平凹高反射腔镜；5为高反射测试光学元件；6为聚焦透镜；7为光电探测器；8为数据采集卡；9为函数发生器；10为计算机；11为激光功率计，12为遮光片。
具体实施方式
[0020]下面结合图1至图4描述本专利技术的一种折叠腔光腔衰荡装置激光注入腔内的耦合效率测量方法。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本专利技术，不应该理解成对本专利技术的限制。
[0021]图1为本专利技术用于折叠腔光反馈光腔衰荡装置的初始腔中，测量初始腔激光注入
腔内的耦合效率的装置结构示意图，光源1选用半导体激光器，中心波长为635nm，输出功率为8mW，输出为TEM
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模高斯光束，函数发生器9调制激光器输出为占比50％、200Hz的方波；其输出光束通过平面高反射腔镜2注入光学谐振腔(衰荡光腔)内，其中大部分激光被平面高反射腔镜2反射且被激光功率计11测量。调节平面高反射腔镜2、平凹高反射腔镜3和平凹高反射腔镜4的俯仰角度，使得腔内光束对准发生谐振，衰荡腔的输出光束从平凹高反射腔镜3透射输出，经透镜6聚焦到光电探测器7探测获得光腔衰荡信号，并由数据采集卡8采集，计算机10实时数据处理和显示，仔细调节腔镜3、4、5俯仰角度使光腔衰荡信号幅值达到最大时，采用遮光片插入腔内阻挡腔内激光束发生谐振，记录激光功率计11输出的功率一段时间，然后撤掉腔内遮光片使得腔内光束回到谐振状态，同样记录激光功率计11输出的功率一段时间，重复该过程至少5次。如图3所示，激光功率计11输出的功率变化图，其中所测的衰荡光腔为初始腔，腔长为0.65m，平面高反射腔镜2和两个平凹高反射腔镜3、4的平均反射率为99.984％，当腔内插入遮挡片阻挡激光束发生谐振时，由平面高反射腔镜2反射的激光功率升高，平均值为图中黑色实线所示，为3.92mW，当撤掉腔内遮挡片时，腔内发生共振，腔内能量积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种折叠腔光腔衰荡装置激光注入腔内的耦合效率测量方法，其特征在于实现耦合效率测量的步骤如下：步骤(1)、将由半导体激光器发出的一束连续激光束注入光学谐振腔中，所述的光学谐振腔为一折叠腔，由两块相同的平凹高反射腔镜和一块平面高反射腔镜组成，或者由三个以上高反射腔镜构成折叠初始腔，同时也可以在初始腔的基础上加入被测高反射光学元件构成测试腔，所述激光束从平面高反射腔镜斜入射地注入光学谐振腔，其反射光束功率由激光功率计测量；光腔衰荡信号由一块平凹高反射腔镜输出并由光电探测器探测和数据采集卡采集，由计算机进行数据处理得到光腔衰荡信号的衰荡时间；步骤(2)、调节所述光学谐振腔中的两平凹高反射腔镜或平面高反射腔镜的俯仰角使光路对准使采集的衰荡信号幅值最大；保持腔结构不变，在一段时间内连续记录平面高反射腔镜反射的激光束功率；步骤(3)、在光学谐振腔中加入遮挡元件使腔内激光束无法发生共振，在一段时间内连续记录平面高反射腔镜反射的激光束功率；步骤(4)、重复步骤(2)和步骤(3)5次以上，每次分别记录腔内共振和不共振两种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌成，杨哲，赵斌兴，王静，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：