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本文将从个人实验操作经验的角度去往门焕,向大家介绍光-腔模式匹配的原理方法及光路调节方法截。
谐振腔模式匹配过程需要采用仪器设备如下箔拜:
1.?光束质量分析仪;
2.?红外观察仪;
3.?光电探测器;
4.?CCD照相机;
5.?示波器霓。

一联仓闯、模式匹配原理与步骤

对于几何参数给出的谐振腔呐话胸,根据自重现条件[1]可以确定一个腰斑的位置和大屑帧,d88尊龙官网一般称之为本征腰斑钙。让输入光束经过透镜黔、反射镜作用之后聚焦的位置和大小与腔本征腰斑相同的过程就是光-腔模式匹配灵缉。其步骤如下净扳颊:
1)?根据谐振腔的参数确定谐振腔的本征腰斑的位置及大小楷鹤羔。
2)?确定输入光束的腰斑位置及大小热。由于高斯光束的光斑大小随着传播距离成双曲线变化盼,因此可通过光束质量分析仪测量输入光束在传播相对路径上几个不同位置的光斑大锌炼忻摺,随后采用曲线拟合即可确定腰斑碉楞。
3)?选择一个或多个焦距合适的透镜将光束聚焦到腔本征腰斑处几挽:一般而言两个透镜构成的透镜组可以满足大部分应用场合吹唾。透镜放置好之后淘,可通过光束质量分析仪检查输入光的腰斑分布情况是否与腔的本征腰斑接近娥舜。
4)?调整腔前的一对反射镜的高低左右仁旁譬,让入射光耦合进腔内并发生共振紊,从而根据共振信号的状态调整反射镜及透镜位置辨朔,优化模式匹配效果将。
需要说明的是尼,上面步骤1~3为透镜选择醒卵,涉及一定的理论计算币,具体关系式请参加论文参考文献[1]玻。后一歩为光路调节沛毛仇,即调节腔内光线闭合逝恒,以达到共振秒,相关实验方法将在下文中得出捐弛。

二烘、光路调节方法

谐振腔的原理是基于腔内多光束干预砂味,而发生干预的一个基本条件就是光束空间上的重叠剔饭,这就要求d88尊龙官网非常地控制光束的偏向进而耦合进谐振腔我。光-腔耦合的步骤如下缝琳:
1)?将输入光束准直至谐振腔的高度举湍,采用的是大家熟识的“双光阑法”誓密,平面图如下梦阶恨。即在光束传播相对路径的一前一后放置两个光阑忙慧,在空间允许的情况下量竞,两个光阑的距离尽量大哩涧懦。调节的顺口溜是“远的调近的恢汕,近的调远的”化稍廓:调节反射镜M1让光线越过光阑1惫抄,调节反射镜M2让光线越过光光阑2甜凹扛,如此导杆鸿,直至光束同时越过两个光阑中心肝烂。

图1?光路准直平面图
图1?光路准直平面图

2)?将谐振腔放置在准直好的光路中粗,调节谐振腔的闭合合绞琼。以下将对线型腔和环形腔分别进行说明谜。
对于两个腔镜的平面度不错的线性腔来讲渐,只需调节入射光的偏向使其竖直入射一般即可观察到共振信号宏怂。而调节竖直入射的方法与上个步骤中光路准直的方法相近厢蹿,其关键所在选准观测点同兼柏,如下图2如图驾搅户:用小纸条(不可见光用荧光板扁,注意不要遮挡入射光)分别放到图中标识为“1”屁哗钝,“2”位置处饱刊,先后调节反射镜M1项颇、M2促使“1”搏蔬,“2”位置处入射光与折射光(虚线)重叠恰泛恫。

图3?环形腔光路调节
图3?环形腔光路调节

与线性腔不同的是强,环形腔中入射光并不是竖直入射到腔镜上纹,所以在腔外无法判断腔内光线是否闭合托。因此需要在腔内选中两个观测点胳窜捞,如图所示3中“1”匿匹扩,“2”如图默。另外剩,在输入光照强度不是足够大的条件下潍采雷,人的眼睛无法直接观察到腔内的弱光涉锰。这时需要依靠红外观察仪来辅助调节外搓。与上面的步骤相近堪,调节反射镜M1壕吗、M2促使“1”呐窍,“2”位置处输入光斑与在腔内传输一周的后光斑(虚线)重叠刑,即可保证谐振腔基本闭合蹬柑徽。
3)?谐振腔基本闭合之后疾舒,使用周期时间信号扫描腔长或者入射激光器频率椽,使用波长几建险、增益合适的光电探测器接受腔的透射(或反射面)信号唇缮噶,连接示波器后应该能观察到腔的透射峰(反射面峰)信号淑绢刷。当模式匹配没有提高状态时醇辉,会激起出许多进阶空间模式劣睛醚,如下图4如图蔼。
图4?模式匹配不佳时的透射峰信号
一般而言胶,d88尊龙官网需要的是基模(TEM00)共振费臣藩。那么首先要确定哪个透射峰是基模泰荚,具体操作是减少扫描电压范围至示波器上只见到一个根透射峰特翟,用CCD照相机拍攝该透射峰的空间光照强度分布川编踏,如图所示4中小型图如图逗九衬。随后调整反射镜M1干、M2使基模的强度变大概挽,同时进阶模的强度减弱扫,特别是TEM01(TEM10)的强度减弱为明显厩砰。略微移动一下模式匹配透镜的位置也可以优化模式欺,一般对TEM02(TEM20)及更进阶模式的抑制具有一定的帮助扔赁。
高的光-腔模式匹配效率是充分利用谐振腔特点的前提牡彤淑,除了在选择透镜时会一定的理论指导外瓜,更多的工作集中在实验操作上铅努。需要d88尊龙官网在把握基本的方法的前提下浑,不断尝试优化改善汰,以达到实验需求食。

 

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