[發(fā)明專利]一種測(cè)量倍頻腔倍頻效率的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810253883.5
• 申請(qǐng)日: 2018-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108469335B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈奇;崔星洋;顏美晨;彭承志;陳宇翱;潘建偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 北京凱特來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)量倍頻腔倍頻效率的方法，該方法改進(jìn)了原有技術(shù)由于忽略腔內(nèi)損耗造成的誤差擴(kuò)大和使用受限，使得可以在損耗存在的情況下測(cè)量倍頻效率，該方法整個(gè)測(cè)量過(guò)程都避免使用光功率計(jì)，只使用同一光電探測(cè)器測(cè)量同一波長(zhǎng)，不存在因?yàn)樾?zhǔn)功率探頭產(chǎn)生的不確定度，系統(tǒng)誤差可以大幅減小。該方法還可以不進(jìn)行鎖腔就完成測(cè)量，測(cè)量效率快，有益于倍頻腔初期調(diào)試和參數(shù)選擇，避免由于初期系統(tǒng)不穩(wěn)定導(dǎo)致測(cè)量效率重復(fù)性差，影響對(duì)參數(shù)的調(diào)整。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光腔外倍頻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測(cè)量倍頻腔倍頻效率的方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)激光腔外倍頻技術(shù)在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，尤其是冷原子物理、精密測(cè)量物理等實(shí)驗(yàn)上會(huì)需要某些特殊波長(zhǎng)的連續(xù)單頻激光。腔外使用諧振腔相比于單次通過(guò)等其他腔外倍頻方式，通常是提高倍頻效率最為有效途徑，通過(guò)諧振腔使得基頻光在腔內(nèi)形成共振達(dá)到增加基頻功率的效果，從而提高倍頻效率。所以倍頻效率是表征一個(gè)倍頻腔性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

常見(jiàn)的倍頻腔倍頻效率測(cè)量是在腔鎖定之后測(cè)量倍頻光功率和入射的基頻光功率，二者的比值即為倍頻效率。這種功率的測(cè)量需要使用光功率計(jì)，該方式引入了功率探頭的測(cè)量不確定度。商用功率探頭的測(cè)量不確定度一般在正負(fù)2％至正負(fù)5％，這種不確定度通常由于功率校準(zhǔn)產(chǎn)生，和波長(zhǎng)關(guān)系密切，尤其是像倍頻腔產(chǎn)生的特殊波長(zhǎng)激光，通常商用儀器不會(huì)在這些波長(zhǎng)下進(jìn)行校準(zhǔn)，不確定度比校準(zhǔn)使用的波長(zhǎng)要大。而倍頻效率計(jì)算更是需要兩個(gè)波長(zhǎng)的功率值，其不確定度也無(wú)法通過(guò)計(jì)算消除，所以倍頻效率的計(jì)算誤差非常大。這非常不利于對(duì)倍頻腔的評(píng)估，以及在測(cè)試階段對(duì)倍頻腔效率的優(yōu)化。

在現(xiàn)有技術(shù)中，研究人員通過(guò)使用光電探測(cè)器測(cè)量入射鏡的反射光，在諧振腔共振和非共振情況下反射光不同的光強(qiáng)反映在光電探測(cè)器不同的電壓值上，計(jì)算二值之比可以得到基頻光消耗率，其在腔損不計(jì)的情況下近似等于倍頻效率(參考文獻(xiàn)Ast S,Nia RM,et al.High-efficiency frequency doubling of continuous-wavelaser light[J].Optics letters,2011,36(17):3467-3469.)。利用這種方法可以避免使用功率計(jì)，只使用同一光電探測(cè)器測(cè)量同一波長(zhǎng)，不存在因?yàn)樾?zhǔn)功率探頭產(chǎn)生的不確定度，系統(tǒng)誤差可以大幅減小。而該方法的不足之處在于認(rèn)為腔內(nèi)損耗小于誤差棒，所以忽略了腔內(nèi)損耗的存在，并在計(jì)算中把損耗也算在倍頻轉(zhuǎn)換的消耗內(nèi)。對(duì)于一個(gè)腔內(nèi)損耗很小的倍頻腔，這種近似是合理的。但是實(shí)際情況中低損耗的倍頻腔很少有條件實(shí)現(xiàn)，由于晶體的吸收和散射、腔鏡鍍膜的不完美或者低非線性系數(shù)晶體的使用，使得損耗相對(duì)于非線性轉(zhuǎn)換過(guò)程不能直接忽略，否則造成的誤差非常之大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量倍頻腔倍頻效率的方法，具有測(cè)量效率高與測(cè)量精確度高的優(yōu)點(diǎn)，且適用于各種腔型的倍頻腔。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種測(cè)量倍頻腔倍頻效率的方法，包括：

利用反光鏡、光電探測(cè)器及衰減片搭建測(cè)量光路，其中光電探測(cè)器的輸出信號(hào)連接到示波器；然后，執(zhí)行如下步驟：

將入射光功率調(diào)到最大或需測(cè)功率值，在示波器上觀察并記錄在諧振腔共振與非共振情況下反射光分別對(duì)應(yīng)的電壓值V_{1_min}與V_{1_max}；

把入射光功率調(diào)到最低，如果示波器示數(shù)低于預(yù)設(shè)值則將衰減片衰減調(diào)低或去掉，使示波器上能觀察到符合要求的電壓值，調(diào)節(jié)倍頻腔中非線性晶體溫度使之遠(yuǎn)離最佳匹配溫度，即使非線性晶體溫度完全失配，再次記錄倍頻腔在共振和非共振情況下反射光分別對(duì)應(yīng)的電壓值V_{2_min}與V_{2_max}；

將光電探測(cè)器遮住，測(cè)量并記錄其0功率輸入狀態(tài)的電壓值V₀；