基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置及准直方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置及其准直方法，其中的准直装置包括：激光器、三端环形器、准直器、透镜组、光学谐振腔、探测器装置和光功率测量装置；激光器发出一束激光光束，经三端环形器的第一端口和第二端口入射至准直器；激光光束经准直器的准直后形成准直光束入射至透镜组；高斯光束水平入射至光学谐振腔内部，依次对后端高反镜和前端高反镜的位置进行调节，当光功率测量装置达到最大值时，后端高反镜和前端高反镜为互相平行且垂直于高斯光束；从而完成光路准直调节，形成光学谐振腔；高斯光束经过光学谐振腔后入射至探测器装置。本发明专利技术通过可视化的光功率数值来对光路进行精确快捷调节，减小了光路调节的误差。的误差。的误差。

【技术实现步骤摘要】
基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置及准直方法


[0001]本专利技术涉及光学传感
，特别涉及一种基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置及准直方法。

技术介绍

[0002]随着传感技术的发展，光腔衰荡光谱技术以及与其结构类似的光学腔增强吸收光谱技术由于光学增强腔可极大增强光与物质的相互作用，并因其具有极高的探测灵敏度，并越来越受到人们的重视。该技术以朗博
‑
比尔定律为基本原理，能够根据需求对浓度、温度、压力、折射率等参数进行测量，如今被广泛应用于大气痕量气体监测、折射率测量等领域。
[0003]而在腔衰荡光谱技术的实现过程中，除了需要对系统的模式匹配进行计算外，在光学系统搭建过程中，我们需要谐振腔的两面高反腔镜的平行度保持高度精确，从而形成光学谐振增强腔。传统的方法是利用近红外感光片观察反射光斑的位置是否与入射光斑重合，从而来判断反射光路是否按原路返回，前端与后端的高反腔镜均通过此方法进行调节后，即可大致使两面高反腔镜平行，并进行下一步的精细调节。此方法可行，但是随机性大，没有相应参数来确定反射光是否完全按原路返回，在实际的光路调节中并不能保证调节出来的两面高反腔镜完全平行，调节效率低，因此增加了光路调节的随机性与调节难度。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提出基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置及准直方法，功率计接在三端环形器第三端口，测量激光光束经过高反镜反射后，反射回准直器光束的功率，通过反射功率提供可视化参数，从而精确且快速得保证反射光完全按照入射光路原路返回，从而精确地控制高反腔镜垂直于光路，通过两次操作，进而使得前后两面高反腔镜完全平行，形成光学谐振腔，为自动化调腔提供新思路。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0006]本专利技术提供一种基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，包括：激光器、三端环形器、准直器、透镜组、反射镜组、光学谐振腔、探测器装置和光功率测量装置；
[0007]激光器发出一束激光光束，经三端环形器的第一端口和第二端口入射至准直器；激光光束经准直器的准直后形成准直光束入射至透镜组；透镜组用于将准直光束转化为高斯光束，使其与光学谐振腔的腔内模式进行匹配；高斯光束经过所述反射镜组后入射至所述光学谐振腔；
[0008]光学谐振腔包括：腔体、前端高反镜和后端高反镜；
[0009]三端环形器还包括有第三端口，第三端口与光功率测量装置进行连接；
[0010]高斯光束水平入射至光学谐振腔内部，依次对后端高反镜和前端高反镜的位置进行调节，当高斯光束经后端高反镜或前端高反镜反射后的反射光束全部入射至三端环形器第三端口连接的光功率测量装置中时，即光功率测量装置达到最大值时，后端高反镜和前
端高反镜为互相平行且垂直于高斯光束；
[0011]从而完成光路准直调节，形成光学谐振腔；高斯光束经过光学谐振腔后入射至探测器装置。
[0012]优选地，还包括反射镜组，反射镜组位于透镜组和光学谐振腔之间，用于改变高斯光束的水平位置；
[0013]反射镜组包括：第一调节反射镜和第二调节反射镜；高斯光束依次经过第一调节反射镜和第二调节反射镜的两次反射后入射至光学谐振腔。
[0014]优选地，准直器为光纤准直器，准直器出射光束的光斑直径≤2mm，发散角＜0.02
°
；
[0015]透镜组用于将准直器出射的准直光束转化为高斯光束；
[0016]透镜组包括：第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜；
[0017]第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜是焦距为50mm的紫外熔融石英双凸透镜；
[0018]准直镜、第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜之间由笼式同轴系统装配而成，用于保证三者同轴。
[0019]优选地，光功率测量装置包括：功率计和计算机；
[0020]功率计为nW
‑
W级的激光功率计，用于监控反射光束的光功率；
[0021]所述计算机用于观测所述功率计的示数；
[0022]探测器装置包括：光电探测器和示波器；
[0023]光电探测器为铟镓砷探测器，用于对光学谐振腔的透射光束进行探测；
[0024]示波器用于显示光学谐振腔的透射光束的波形。
[0025]优选地，三端环形器由入射端、出射端和反射端组成，根据光路的实际情况，将入射端、出射端和反射端分别定义为第一端口、第二端口和第三端口，并将第一端口与激光器的输出端相连接、第二端口与准直器的输入端相连接、第三端口与功率计相连接。
[0026]优选地，前端高反镜和后端高反镜为反射率＞99.99％的高反镜；
[0027]前端高反镜和后端高反镜在调节过程中，均放在三轴超稳镜架内；通过调节三轴超稳镜架的位置与角度，以调节前端高反镜和后端高反镜的位置与角度。
[0028]本专利技术还提供一种基于光学增强腔模式匹配的光路准直方法，包括以下步骤：
[0029]S1、激光器发出激光光束，经过三端环形器的第一端口和第二端口入射至准直器中，经准直器的准直后形成准直光束，准直光束依次经过第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜的透射后形成高斯光束；
[0030]S2、高斯光束入射至光学谐振腔内部，根据功率计示数依次对后端高反镜和前端高反镜的位置进行调节，直至光学谐振腔内的后端高反镜和前端高反镜互相平行且垂直于高斯光束；
[0031]S3、根据示波器显示的波形对后端高反镜和前端高反镜的位置进行微调以对光学谐振腔的腔内模式进行调节；
[0032]S4、计算光学谐振腔腔内的自由光谱范围并与激光器波长的扫描范围进行比较，判断光学谐振腔的腔内模式的调节是否正确。
[0033]优选地，步骤S2包括以下步骤：
[0034]S21、对后端高反镜的位置进行调节，过程包括：
[0035]将位于光学谐振腔后端的后端高反镜放置在光路中，利用近红外感光片观察后端高反镜上的光斑位置，通过调节后端高反镜的放置位置直至光斑位于后端高反镜的中心；
[0036]然后微调节后端高反镜所对应的三轴超稳镜架的角度，同时观察光功率计，直至光功率计的示数最大时，即由后端高反镜反射的光束原路返回，后端高反镜62完全垂直于激光光路，完成对后端高反镜的调节过程；
[0037]S22、对前端高反镜的位置进行调节，过程包括：
[0038]将位于光学谐振腔前端的前端高反镜放置在光路中，利用近红外感光片观察前端高反镜上的光斑位置，通过调节前端高反镜的放置位置直至光斑位于前端高反镜的中心；
[0039]然后微调节前端高反镜所对应的三轴超稳镜架的角度，同时观察光功率计，直至光功率计的示数最大时，即由前端高反镜反射的光束原路返回，前端高反镜也完全垂直于激光光路，完成对前端高反镜的调节过程；
[0040]经过上述调节过程后，确认后端高反镜和前端高反镜精确地平行，且完全垂直于激光光路，从而完成含有光学增强腔的腔衰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，其特征在于，包括：激光器、三端环形器、准直器、透镜组、反射镜组、光学谐振腔、探测器装置和光功率测量装置；所述激光器发出一束激光光束，经所述三端环形器的第一端口和第二端口入射至所述准直器；激光光束经所述准直器的准直后形成准直光束入射至所述透镜组；所述透镜组用于将所述准直光束转化为高斯光束，使其与所述光学谐振腔的腔内模式进行匹配；所述高斯光束经过所述发射镜组后入射至所述光学谐振腔；所述光学谐振腔包括：腔体、前端高反镜和后端高反镜；所述三端环形器还包括有第三端口，所述第三端口与所述光功率测量装置进行连接；所述高斯光束水平入射至所述光学谐振腔内部，依次对所述后端高反镜和前端高反镜的位置进行调节，当所述高斯光束经所述后端高反镜或前端高反镜反射后的反射光束全部入射至所述三端环形器第三端口连接的光功率测量装置中时，即所述光功率测量装置达到最大值时，所述后端高反镜和前端高反镜为互相平行且垂直于所述高斯光束；从而完成光路准直调节，形成所述光学谐振腔；高斯光束经过光学谐振腔后入射至所述探测器装置。2.根据权利要求1所述的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，其特征在于，还包括反射镜组，所述反射镜组位于所述透镜组和所述光学谐振腔之间，用于改变所述高斯光束的水平位置；所述反射镜组包括：第一调节反射镜和第二调节反射镜；所述高斯光束依次经过所述第一调节反射镜和第二调节反射镜的两次反射后入射至所述光学谐振腔。3.根据权利要求2所述的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，其特征在于，所述准直器为光纤准直器，所述准直器出射光束的光斑直径≤2mm，发散角＜0.02
°
；所述透镜组用于将所述准直器出射的准直光束转化为高斯光束；所述透镜组包括：第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜；所述第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜是焦距为50mm的紫外熔融石英双凸透镜；所述准直镜、第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜之间由笼式同轴系统装配而成，用于保证三者同轴。4.根据权利要求3所述的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，其特征在于，所述光功率测量装置包括：功率计和计算机；所述功率计为nW
‑
W级的激光功率计，用于监控反射光束的光功率；所述计算机用于观测所述功率计的示数；所述探测器装置包括：光电探测器和示波器；所述光电探测器为铟镓砷探测器，用于对所述光学谐振腔的透射光束进行探测，将光信号转为电信号后传输至所述示波器；所述示波器用于显示和监控所述光学谐振腔的透射光束的波形。5.根据权利要求4所述的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，其特征在于，所述三端环形器由入射端、出射端和反射端组成，根据光路的实际情况，将入射端、出射端和反射端分别定义为第一端口、第二端口和第三端口，并将所述第一端口与所述激光器的输出端相连接、所述第二端口与所述准直器的输入端相连接、所述第三端口与所述功率计相连接。
6.根据权利要求5所述的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，其特征在于，所述前端高反镜和后端高反镜为反射率＞99.99％的高反镜；所述前端高反镜和后端高反镜在调节过程中，均放...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，王昊然，胡迈，马青，梁静秋，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：