[發(fā)明專利]基于光腔衰蕩法的光學(xué)諧振腔模式及損耗測量裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410145744.2
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN103913299A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁杰;陳梅雄;譚中奇;張斌;羅暉;王飛;龍興武
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 國防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 曹德斌

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，具體而言本發(fā)明涉及一種基于光腔衰蕩法測量光學(xué)諧振腔模式及損耗的裝置和方法。

背景技術(shù)：

高品質(zhì)光學(xué)諧振腔在高精度激光陀螺、引力波探測以及高能激光器等許多國防重要領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，高品質(zhì)光學(xué)諧振腔的各個(gè)本征模式的損耗是其品質(zhì)好壞的重要性能指標(biāo)，精確測量高品質(zhì)光學(xué)諧振腔的工作模式及損耗是高品質(zhì)光學(xué)諧振腔研制的一項(xiàng)核心技術(shù)。

目前，關(guān)于光學(xué)諧振腔損耗的測量方法有多種，例如：基于DF透反儀的直接測量法，基于測量光學(xué)諧振腔自由光譜范圍的頻譜法和通過測量諧振光功率譜線半高寬計(jì)算出諧振腔損耗的諧振法以及基于測量光學(xué)諧振腔衰減時(shí)間常數(shù)的光腔衰蕩法。使用DF透反儀的直接測量方法簡單，但只適用于較高損耗測量和對測量精度要求不高的情況；基于測量光學(xué)諧振腔自由光譜范圍的頻譜法只適用于中、高損耗的情況；通過測量諧振光功率譜線半高寬計(jì)算出諧振腔損耗的諧振法在中、高損耗的情況下，理論上可以達(dá)到較高的精度，但掃頻激光器中壓電陶瓷的非線性對該法的測量精度影響較大；基于測量光學(xué)諧振腔衰減時(shí)間常數(shù)的光腔衰蕩法，具有損耗越低測量越精確且不受光學(xué)諧振腔入射激光光強(qiáng)穩(wěn)定'性的影響，最適合于高品質(zhì)光學(xué)諧振腔損耗的高精度測量。

西安電子科技大學(xué)的邵曉鵬等人在其2011年的發(fā)明中（專利號：201110093194.0），提出了一種基于諧振法的激光陀螺光學(xué)諧振腔損耗測量系統(tǒng)。該發(fā)明利用激光陀螺諧振腔損耗測量系統(tǒng)，提出了一種以諧振光功率譜線半高寬為依據(jù)的壓電陶瓷非線性校正方法，保證校正精度，避免另外采用設(shè)備進(jìn)行壓電陶瓷非線性校正，降低了成本，提高了效率，簡化了測量過程。但是該系統(tǒng)仍然只適用于中高損耗的諧振腔損耗測量。

邵曉鵬等人同時(shí)還有另外一項(xiàng)發(fā)明（專利號：201110093195.5），提出了一種基于光腔衰蕩法的光學(xué)諧振腔損耗測量系統(tǒng)。該發(fā)明采用單模掃頻激光器，在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電路的控制下，輸出頻率呈周期性且連續(xù)線性變化的激光束。在激光器的一個(gè)掃頻周期內(nèi)，在待測諧振腔中激發(fā)多個(gè)本征模式，并采用聲光開關(guān)，實(shí)現(xiàn)逐次快速切斷諧振腔諧振輸出的多個(gè)模式的激光，產(chǎn)生多個(gè)模式的光腔衰蕩信號，進(jìn)一步保證了對多個(gè)激光模式的損耗同時(shí)進(jìn)行測量。然而，實(shí)驗(yàn)表明激光器輸出光具有空間及強(qiáng)度不穩(wěn)定性。每一個(gè)掃頻周期內(nèi)激光器在待測諧振腔中激發(fā)的本征模式及模式質(zhì)量很大程度上取決于入射光與諧振腔模式的匹配。雖然該系統(tǒng)在一個(gè)掃頻周期內(nèi)激發(fā)產(chǎn)生多個(gè)模式的光腔衰蕩信號，卻并不知道激發(fā)了哪些模式，更不能保證激發(fā)所有我們想要測量的模式。系統(tǒng)只能得到激發(fā)模式的損耗大小，對于沒有激發(fā)的模式則無法測量。更重要的是，該系統(tǒng)只測量激發(fā)模式的衰蕩信號而沒有采集諧振模式圖像，對于損耗相近的模式（如TEM01和TEM10）也根本無法分辨。光學(xué)諧振腔有基模和眾多的高階模，準(zhǔn)確測量這些模式及其損耗對于評估光學(xué)諧振腔的性能是非常重要的。為此，需要研制能準(zhǔn)確分辨光學(xué)諧振腔本征模式（如TEM00、TEM01、TEM10、TEM11等）且能對這些本征模式的腔損耗進(jìn)行精確測量的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服上述己有技術(shù)的不足，提出了一種基于光腔衰蕩法的光學(xué)諧振腔模式及損耗測量裝置和方法，以實(shí)現(xiàn)對光學(xué)諧振腔特定本征模式及其腔損耗的精確測量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的基于光腔衰蕩法的光學(xué)諧振腔模式及損耗測量裝置包括:激光器1、聲光開關(guān)2、一號球面反射鏡3、平面反射鏡4、二號球面反射鏡5、起偏器6、諧振腔固定臺7、分光鏡8、高分辨率CCD望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)9、圖像采集卡10、高速探測器11、高速數(shù)據(jù)采集卡12、主控計(jì)算機(jī)13、聲光開關(guān)驅(qū)動(dòng)器14和手動(dòng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器15。