專利名稱：基于光腔衰蕩法的光學諧振腔損耗測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于測量技術領域，具體涉及一種光學諧振腔的測量系統(tǒng)，主要用于對光學諧振腔損耗的測量。
背景技術：
目前，關于光學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，基于測量光學諧振腔自由光譜范圍的頻譜法，和基于測量光學諧振腔衰減時間常數(shù)的光腔衰蕩法。使用DF透反儀的直接測量方法簡單，但只適用于高損耗測量和對測量精度要求不高的情況；基于測量光學諧振腔自由光譜范圍的頻譜法，因損耗值越小測量難度越高， 故只適用于中、高損耗的情況；基于測量光學諧振腔衰減時間常數(shù)的光腔衰蕩法，損耗越低測量越精確，與光學諧振腔損耗值越來越小的發(fā)展趨勢相符合，且不受光學諧振腔入射激光光強穩(wěn)定性的影響，成為光學諧振腔損耗高精度測量的主流方法。目前，國內(nèi)在基于光腔衰蕩法的光學諧振腔損耗測量方面較新的應用，參見《光腔衰蕩法高反射率測量技術綜述》(李斌成等，激光與光電子學進展，2010) —文，該文獻對基于光腔衰蕩法的光學諧振腔損耗測量方法在原理和裝置上都做了詳細論述。該方法在低損耗的情況下，達到了較高的測量精度，但普遍存在的不足之處是只能針對光學諧振腔某個本征模式的損耗進行測量，而光學諧振腔往往會存在基模和眾多的高階模，這些模式的損耗對于評估光學諧振腔的性能是非常重要的。為實現(xiàn)測量光學諧振腔所有模式的損耗，測量系統(tǒng)必須進行較大改動且需要多次測量，極不方便，效率很低。為此，需要研制相應的測量系統(tǒng)，能對光學諧振腔眾多模式的損耗進行同時測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出了一種基于光腔衰蕩法的光學諧振腔損耗測量系統(tǒng)，以實現(xiàn)同時測量光學諧振腔多個激光模式的損耗，提高測量效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的測量系統(tǒng)包括激光器、球面反射鏡、二維平行平板、偏振片、1/2波片、諧振腔固定裝置、衰蕩光信號測量裝置和主控計算機，其中，激光器，采用單模掃頻激光器，該激光器在壓電陶瓷驅(qū)動器的控制下，輸出頻率呈周期性且連續(xù)線性變化的激光束，該激光器輸出的激光束依次經(jīng)過聲光開關、球面反射鏡、二維平行平板、偏振片和1/2波片，入射到諧振腔固定裝置上放置的待測諧振腔中，在待測諧振腔中激發(fā)多個本征模式，產(chǎn)生諧振光；激光器的后端設有聲光開關，該聲光開關在聲光開關控制器的控制下，逐次快速切斷激光器輸出的各個模式的激光，使諧振腔固定裝置上放置的待測諧振腔產(chǎn)生多個模式的衰蕩光，待測諧振腔輸出的衰蕩光經(jīng)過衰蕩光信號測量裝置進行光電轉(zhuǎn)換、信號放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后，分別傳輸?shù)铰暪忾_關控制器和主控計算機上；主控計算機中，設有控制模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，該控制模塊用于向壓電陶瓷驅(qū)動器和聲光開關控制器傳輸控制指令，該數(shù)據(jù)處理模塊用于計算各激光模式的損耗。
利用上述系統(tǒng)對光學諧振腔損耗進行測量的方法，包括如下步驟(1)測量開始時，聲光開關處于開啟狀態(tài)，主控計算機通過USB接口向聲光開關控制器發(fā)送控制信號和聲光開關關斷閾值信號；(2)激光器在壓電陶瓷驅(qū)動器的控制下輸出頻率呈周期性且線性變化的激光束， 該激光束入射到待測諧振腔中產(chǎn)生諧振光，該諧振光經(jīng)過衰蕩光信號測量裝置轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號，該數(shù)字電壓信號傳輸?shù)铰暪忾_關控制器上與預先設定的聲光開關關斷閾值進行比較，當該數(shù)字電壓信號的電壓值達到聲光開關關斷閾值時，聲光開關控制器關斷聲光開關，使待測諧振腔輸出多個模式的衰蕩光信號，該衰蕩光信號經(jīng)衰蕩光信號測量裝置轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號后，通過USB接口輸出到主控計算機上，主控計算機利用改進的指數(shù)擬合公式對此數(shù)字電壓信號離散的電壓值U(n)進行數(shù)據(jù)擬合，得到指數(shù)衰減曲線，改進的指數(shù)擬合公式為
權利要求
1.一種基于光腔衰蕩法的光學諧振腔損耗測量系統(tǒng)，包括激光器(1)、球面反射鏡 G)、二維平行平板(5)、偏振片(6)、1/2波片(7)、諧振腔固定裝置(8)、衰蕩光信號測量裝置(1 和主控計算機(14)，其特征在于激光器(1)，采用單模掃頻激光器，該激光器在壓電陶瓷驅(qū)動器(1 的控制下，輸出頻率呈周期性且連續(xù)線性變化的激光束，該激光器(1)輸出的激光束依次經(jīng)過聲光開關O)、 球面反射鏡(4)、二維平行平板( 、偏振片(6)和1/2波片(7)，入射到諧振腔固定裝置(8) 上放置的待測諧振腔中，在待測諧振腔中激發(fā)多個本征模式，產(chǎn)生諧振光；激光器(1)的后端設有聲光開關O)，該聲光開關在聲光開關控制器(11)的控制下， 逐次快速切斷激光器(1)輸出的各個模式的激光，使諧振腔固定裝置(8)上放置的待測諧振腔產(chǎn)生多個模式的衰蕩光，待測諧振腔輸出的衰蕩光經(jīng)過衰蕩光信號測量裝置(15)進行光電轉(zhuǎn)換、信號放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換后，分別傳輸?shù)铰暪忾_關控制器(11)和主控計算機(14) 上；主控計算機(14)中，設有控制模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，該控制模塊用于向壓電陶瓷驅(qū)動器(1 和聲光開關控制器(11)傳輸控制指令，該數(shù)據(jù)處理模塊用于計算各激光模式的損^^ ο
2.根據(jù)權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，球面反射鏡(4)和二維平行平板(5) 放置在聲光開關( 與諧振腔固定裝置(8)之間，用于調(diào)節(jié)激光器(1)輸出的激光束入射到待測諧振腔的角度和平移量，以提高耦合效率。
3.根據(jù)權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，偏振片(6)和1/2波片(7)依次放置在二維平行平板( 之后，用于根據(jù)測量需要調(diào)節(jié)入射到待測諧振腔的激光束偏振態(tài)、偏振方向和光強。
4.根據(jù)權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于衰蕩光信號測量裝置(15)，包括光電探測器(9)、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)、聲光開關控制器(11)、壓電陶瓷驅(qū)動器(1 和USB接口 (13)，光電探測器(9)對待測諧振腔輸出的激光信號進行光電轉(zhuǎn)換和信號放大，并經(jīng)過A/ D模數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字信號分為兩路同時傳輸，一路通過 USB接口(1 傳輸?shù)街骺赜嬎銠C(14)上進行數(shù)據(jù)顯示和處理，另一路傳輸?shù)铰暪忾_關控制器(11)中與預先設定的聲光開關關斷閾值進行比較，判斷聲光開關(2)通與關。
5.根據(jù)權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于壓電陶瓷驅(qū)動器(12)，由DDS信號發(fā)生器和高壓放大模塊組成，DDS信號發(fā)生器在主控計算機(14)的控制下，產(chǎn)生0 5V的鋸齒波電壓信號，該電壓信號通過高壓放大模塊放大為0 MOV的電壓鋸齒波信號，輸出給激光器(1)。
6.根據(jù)權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于控制模塊，包括USB驅(qū)動和界面程序子模塊，USB驅(qū)動子模塊驅(qū)動主控計算機(14)分別與壓電陶瓷驅(qū)動器(1 和聲光開關控制器(11)通信，傳輸控制指令，界面程序子模塊將采集到的數(shù)據(jù)進行實時顯示并保存。
7.根據(jù)權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，聲光開關O)的響應時間為15ns。
8.一種利用權利要求1所述系統(tǒng)對光學諧振腔損耗進行測量的方法，包括如下步驟(1)測量開始時，聲光開關處于開啟狀態(tài)，主控計算機通過USB接口向聲光開關控制器發(fā)送控制信號和聲光開關關斷閾值信號；(2)激光器在壓電陶瓷驅(qū)動器的控制下輸出頻率呈周期性且線性變化的激光束，該激光束入射到待測諧振腔中產(chǎn)生諧振光，該諧振光經(jīng)過衰蕩光信號測量裝置轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號，該數(shù)字電壓信號傳輸?shù)铰暪忾_關控制器上與預先設定的聲光開關關斷閾值進行比較，當該數(shù)字電壓信號的電壓值達到聲光開關關斷閾值時，聲光開關控制器關斷聲光開關， 使待測諧振腔輸出多個模式的衰蕩光信號，該衰蕩光信號經(jīng)衰蕩光信號測量裝置轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號后，通過USB接口輸出到主控計算機上，主控計算機利用以下改進的指數(shù)擬合公式對此數(shù)字電壓信號離散的電壓值U (η)進行數(shù)據(jù)擬合，得到指數(shù)衰減曲線
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光腔衰蕩法的光學諧振腔損耗測量系統(tǒng)，主要解決現(xiàn)有系統(tǒng)無法對基模和高階模的損耗同時進行測量的不足。整個測量系統(tǒng)包括激光器(1)、聲光開關(2)、光學系統(tǒng)(3)、諧振腔固定裝置(8)、衰蕩光信號測量裝置(15)和主控計算機(14)，激光器發(fā)出激光束，經(jīng)聲光開關、光學系統(tǒng)入射到待測諧振腔中并產(chǎn)生諧振光，當諧振光光強大于預先設定的聲光開關關斷閾值時，關斷聲光開關，使待測諧振腔產(chǎn)生多個模式的衰蕩光，該衰蕩光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)街骺赜嬎銠C，主控計算機對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)擬合和計算，得到多個激光模式的損耗。本發(fā)明具有同時測量光學諧振腔多個激光模式損耗的優(yōu)點，適用于光學諧振腔損耗的高效測量。
文檔編號G01M11/02GK102252825SQ20111009319
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權日2011年4月14日
發(fā)明者侯謹妍, 張崇輝, 楊曉暉, 王楊, 邵曉鵬, 鐘宬, 陳少沖, 龔昌妹 申請人:西安電子科技大學