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

一禽衰、模式匹配原理与步骤

对于几何参数给出的谐振腔桥,根据自重现条件[1]可以确定一个腰斑的位置和大辛で本ぁ,d88尊龙官网一般称之为本征腰斑迁。让输入光束经过透镜及布、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-腔模式匹配圃激豹。其步骤如下俄:
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比颁。
2)?确定输入光束的腰斑位置及大小分。由于高斯光束的光斑大小随着传播距离成双曲线变化喝,因此可通过光束质量分析仪精确测量输入光束在传播相对路径上几个不同位置的光斑大薪浮,随后采用曲线拟合即可确定腰斑叫。
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得搓: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廉。透镜放置好之后粳扛,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需交。
4)?调整腔前的一对反射镜的高低左右寿吾,让入射光耦合进腔内并发生共振辖珊烫,从而根据共振信号的状态调整反射镜及透镜位置靡睛安,优化模式匹配效果柒。
需要说明的是驳,上面步骤1~3为透镜选择弓垮,涉及一定的理论计算敢,具体关系式请参加论文参考文献[1]穷讳桅。最后一歩为光路调节淬福嫉,即调节腔内光线闭合际蔑,以达到共振潮,相关实验方法将在下文中得出阜孰尼。

二安乡杠、光路调节方法

谐振腔的原理是基于腔内多光束干预哨惯翟,而发生干预的一个基本条件就是光束空间上的重叠判钱催,这就要求d88尊龙官网非常精确地控制光束的偏向进而耦合进谐振腔拓闯然。光-腔耦合的步骤如下揩:
1)?将输入光束准直至谐振腔的高度何廊,采用的是大家熟识的“双光阑法”苍聘技,平面图如下纱陌祈。即在光束传播相对路径的一前一后放置两个光阑惊鼓,在空间允许的情况下荡,两个光阑的距离尽量大加失。调节的顺口溜是“远的调近的第围,近的调远的”罗:调节反射镜M1让光线越过光阑1使,调节反射镜M2让光线越过光光阑2困翁,如此导杆铣堆税,直至光束同时越过两个光阑中心博床。

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体轮,调节谐振腔的闭合臼款圈。以下将对线型腔和环形腔分别进行说明迫。
对于两个腔镜的平面度不错的线性腔来讲霖侣甲,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灵摆。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碎,其关键所在选准观测点采屑,如下图2如图价:用小纸条(不可见光用荧光板捣,注意不要遮挡入射光)分别放到图中标识为“1”吗渤,“2”位置处狈,先后调节反射镜M1咆荡、M2促使“1”漂毒,“2”位置处入射光与折射光(虚线)重叠写廖。

图3?环形腔光路调节
图3?环形腔光路调节

与线性腔不同的是习,环形腔中入射光并不是竖直入 腔镜上济叉订,所以在腔外无法判断腔内光线是否闭合托晌。因此需要在腔内选中两个观测点锻,如图所示3中“1”撩董,“2”如图逻评订。另外贿茶,在输入光照强度不是足够大的条件下蕉,人的眼睛无法直接观察到腔内的弱光享瞥。这时需要依靠 观察仪来辅助调节现。与上面的步骤相近丧,调节反射镜M1卿掠库、M2促使“1”篱,“2”位置处输入光斑与在腔内传输一周的后光斑(虚线)重叠私息,即可保证谐振腔基本闭合婪。
3)?谐振腔基本闭合之后摊,使用周期时间信号扫描腔长或者入射激光器频率霖,使用波长诚、增益合适的光电探测器接受腔的透射(或反射面)信号刀坎扳,连接示波器后应该能观察到腔的透射峰(反射面峰)信号肌蚂襄。当模式匹配没有提高状态时慌禾寡,会激起出许多进阶空间模式合,如下图4如图四双盟。
图4?模式匹配不佳时的透射峰信号
一般而言捌唯,d88尊龙官网需要的是基模(TEM00)共振免星嫉。那么首先要确定哪个透射峰是基模癌,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扑烽公,用CCD照相机拍攝该透射峰的空间光照强度分布吭绥现,如图所示4中小型图如图艇。随后调整反射镜M1蹬、M2使基模的强度变大宋,同时进阶模的强度减弱溺揭庇,特别是TEM01(TEM10)的强度减弱最为明显零情。略微移动一下模式匹配透镜的位置也可以优化模式逛笺啡,一般对TEM02(TEM20)及更进阶模式的抑制具有一定的帮助墩娠。
高的光-腔模式匹配效率是充分利用谐振腔特点的前提日,除了在选择透镜时会一定的理论指导外就层,更多的工作集中在实验操作上纤蛇散。需要d88尊龙官网在把握基本的方法的前提下牛习断,不断尝试优化改善提驶薄,以达到实验需求量。

 

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