本发明专利技术公开了一种基于附加外腔的无源光学谐振腔模式匹配方法，包括：基于所需谐振腔的实际需求建立谐振腔理论模型，谐振腔包括入射端腔镜和出射端腔镜，根据谐振腔理论模型确定入射谐振腔的准直激光的半径；利用图像传感器观测经过入射端腔镜的透射光束的光斑中心，调节入射端腔镜与入射光束共轴；通过部分反射镜与入射端腔镜搭建一个谐振腔，得到附加外腔；利用附加外腔调节入射端腔镜位置，实现入射光束波前与入射端腔镜表面曲率匹配；利用图像传感器观测谐振腔透射光模式图像，调节出射端腔镜位置，实现谐振腔模式匹配。该方法通过构造额外的谐振腔可以精确判断谐振腔腔镜表面处的波前匹配情况；光路调节的顺序清晰，模式匹配过程简便高效。式匹配过程简便高效。式匹配过程简便高效。
【技术实现步骤摘要】
一种基于附加外腔的无源光学谐振腔模式匹配方法
[0001]本专利技术涉及一种光学谐振腔光路调节方法，属于激光光路调节
，具体是一种用于无源光学谐振腔的模式匹配调节方法。
技术介绍
[0002]光学谐振腔是由相隔一定距离的反射镜构成的腔体，特定频率的光波可在其中来回反射形成闭合路径并建立起稳定的模式分布，因此可实现光频率和模式选择，被广泛应用于激光器、光参量振荡器等光学器件。无源光学谐振腔的模式匹配具有重要意义，入射光束模式与谐振腔的本征基模匹配时可以获得最大的能量耦合效率，此时入射光束的束腰与谐振腔本征基模的束腰具有相同尺寸和位置。同时，入射光束在谐振腔腔镜处的波前曲率半径也与腔镜反射面曲率半径一致。实际操作中，谐振腔本征基模的参数难以精确测定，且入射光束调节自由度较多，为高效率的模式匹配带来了技术挑战。
[0003]为了降低模式匹配调节难度，现有技术提供了如下方案：中国专利，公开号为CN105811232A的《一种用于无源光学谐振腔产生模式激发光路的调节方法》中提出了一种利用可调光阑进行粗调、利用示波器观察透射谱进行细调的方法，但是该方法在细调模式匹配的过程中需要对腔前匹配透镜的位置、谐振腔入射端腔镜和透射端腔镜联合调节，可能需要进行多次反复调节确定三者的最佳位置，增加了调试难度和工作量。因此，需要一种更高效、更精确的谐振腔模式匹配方法。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种基于附加外腔的无源光学谐振腔模式匹配方法。首先通过构造额外的光学谐振腔获得腔前匹配透镜的最佳位置，实现入射激光光束波前与谐振腔入射端腔镜表面曲率匹配。在此基础上，利用图像传感器观察谐振腔透射光模式图像实现谐振腔出射端腔镜的调节，从而实现高效的谐振腔模式匹配调节。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于附加外腔的无源光学谐振腔模式匹配方法，包括以下步骤：
[0007]S1，基于所需谐振腔的实际需求建立谐振腔理论模型，所述谐振腔包括入射端腔镜和出射端腔镜，根据所述谐振腔理论模型确定入射谐振腔的准直激光的半径；
[0008]S2，利用图像传感器观测经过入射端腔镜的透射光束的光斑中心，调节入射端腔镜与入射光束共轴；
[0009]S3，通过部分反射镜与入射端腔镜搭建一个谐振腔，得到附加外腔；利用所述附加外腔调节入射端腔镜的位置，实现入射光束波前与入射端腔镜表面曲率匹配；
[0010]S4，利用图像传感器观测谐振腔透射光模式图像，调节出射端腔镜的位置，实现谐振腔模式匹配。
[0011]进一步，所述步骤S1包括以下子步骤：
[0012](1)建立谐振腔理论模型：根据谐振腔的几何参数计算谐振腔的本征基模参数，根
据实际需求选定匹配透镜的焦距，并确定匹配透镜相对于谐振腔的理论位置；
[0013](2)根据匹配透镜的焦距和谐振腔本征基模参数，确定入射谐振腔的准直激光的半径：根据实测的激光器输出光束的束腰大小，选择满足变换倍数的变换透镜组对激光器输出光束进行扩束或缩束，使入射准直激光经过匹配透镜后束腰大小与谐振腔基模束腰大小匹配。
[0014]进一步，所述步骤S2包括以下子步骤：
[0015](1)在光路中放置部分反射镜，调节其角度使部分反射镜与入射激光光束垂直；
[0016](2)放置第一45
°
反射镜和第二45
°
反射镜，利用第一45
°
反射镜和第二45
°
反射镜调节光路的方向，使经过两个反射镜的光束光轴与光学平台表面平行，实现光束的等高调节；
[0017](3)调整匹配透镜与入射光束共轴：首先将图像传感器放置在光路下游，记录此时光斑中心位置；再将匹配透镜放置在光路中相对于谐振腔的理论位置处，沿光束光轴方向前后移动匹配透镜，观察图像传感器上的光斑移动情况；调节匹配透镜的光轴高度与角度，当匹配透镜在前后移动过程中光斑位置始终保持不变时，完成匹配透镜与入射光束的共轴调节；
[0018](4)调整谐振腔入射端腔镜与入射光束共轴：首先将图像传感器放置在光路下游，记录此时光斑位置；再将粘结固定有压电驱动器的入射端腔镜放置在光路的理论位置处，压电驱动器的调节维度沿光束光轴方向，当入射端腔镜的插入不改变显示屏幕上透射光束的中心位置时，完成入射端腔镜与入射光束的共轴调节。
[0019]进一步，所述步骤S3包括以下子步骤：
[0020](1)搭建附加外腔：部分反射镜反射面与入射端腔镜反射面构成一个谐振腔，称之为附加外腔；
[0021](2)利用附加外腔进行波前匹配调节：将图像传感器放置在光路下游，在压电驱动器上施加三角波型电压对附加外腔的腔长进行扫描，通过图像传感器观察附加外腔的透射光束，调节第一45
°
反射镜和第二45
°
反射镜，直到图像传感器上的图样为圆对称的多圈条纹，这时说明入射光束的角度调节达到要求；然后通过第一一维位移台调节匹配透镜的位置，将条纹向圈数减少的方向调节，直到其逐渐变为一个闪烁的实心圆光斑，入射光束波前与入射端腔镜反射面实现匹配。
[0022]进一步，所述步骤S4具体为：
[0023]从光路中移除部分反射镜，安装谐振腔的出射端腔镜，在压电驱动器上施加三角波型电压对谐振腔的腔长扫描，用图像传感器观察谐振腔出射光束的光模式；调节出射端腔镜的角度和位置，直至观察到的光模式为一个闪烁的圆对称光斑，说明入射光束被耦合到谐振腔的基模，至此调节谐振腔的模式匹配完成。
[0024]本专利技术与现有技术相比所具有的有益效果：
[0025](1)本专利技术通过构造额外的谐振腔可以精确判断谐振腔腔镜表面处的波前匹配情况，避免了直接将光束耦合到谐振腔中时需盲目调节多个光学元件的问题。
[0026](2)本专利技术光路调节的顺序清晰，模式匹配过程简便高效。
附图说明
[0027]图1是基于附加外腔的无源光学谐振腔模式匹配方法中采用的光路耦合系统示意图；
[0028]其中：
[0029]1‑
激光器、2
‑
激光器输出光束、3
‑
变换透镜组、4
‑
准直激光、5
‑
部分反射镜反射光、6
‑
部分反射镜、7
‑
部分反射镜反射面、8
‑
附加外腔内共振光束、9
‑
第一45
°
反射镜、10
‑
第二45
°
反射镜、11
‑
第一一维位移台、12
‑
匹配透镜、13
‑
压电驱动器、14
‑
匹配透镜和平凹透镜凹面之间的距离、15
‑
入射端腔镜、16
‑
入射端腔镜反射面、17
‑
谐振腔腔长、18
‑
出射端腔镜反射面、1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于附加外腔的无源光学谐振腔模式匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，基于所需谐振腔的实际需求建立谐振腔理论模型，所述谐振腔包括入射端腔镜和出射端腔镜，根据所述谐振腔理论模型确定入射谐振腔的准直激光的半径；S2，利用图像传感器观测经过入射端腔镜的透射光束的光斑中心，调节入射端腔镜与入射光束共轴；S3，通过部分反射镜与入射端腔镜搭建一个谐振腔，得到附加外腔；利用所述附加外腔调节入射端腔镜的位置，实现入射光束波前与入射端腔镜表面曲率匹配；S4，利用图像传感器观测谐振腔透射光模式图像，调节出射端腔镜的位置，实现谐振腔模式匹配。2.根据权利要求1所述的基于附加外腔的无源光学谐振腔模式匹配方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：(1)建立谐振腔理论模型：根据谐振腔的几何参数计算谐振腔的本征基模参数，根据实际需求选定匹配透镜的焦距，并确定匹配透镜相对于谐振腔的理论位置；(2)根据匹配透镜的焦距和谐振腔本征基模参数，确定入射谐振腔的准直激光的半径：根据实测的激光器输出光束的束腰大小，选择满足变换倍数的变换透镜组对激光器输出光束进行扩束或缩束，使入射准直激光经过匹配透镜后束腰大小与谐振腔基模束腰大小匹配。3.根据权利要求2所述的基于附加外腔的无源光学谐振腔模式匹配方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：(1)在光路中放置部分反射镜，调节其角度使部分反射镜与入射激光光束垂直；(2)放置第一45
°
反射镜和第二45
°
反射镜，利用第一45
°
反射镜和第二45
°
反射镜调节光路的方向，使经过两个反射镜的光束光轴与光学平台表面平行，实现光束的等高调节；(3)调整匹配透镜与入射光束共轴：首先将图像传感器放置在光路下游，记录此时光斑中心位置；再将...
【专利技术属性】
技术研发人员：李玮，徐小斌，苏宏，宋凝芳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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