【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于有源環形腔連續波鈦寶石激光器結構和功率優化領域，具體涉及一種基于有源四鏡環形諧振腔結構的連續波鈦寶石激光器光功率優化方法。
技術介紹
1、連續波鈦寶石激光器因其空間輸出光束質量好、低噪聲、窄線寬和調諧能力強等優勢，被廣泛應用于量子信息科學、高分辨率光譜學、和原子物理等研究領域。鈦寶石激光器具有700～1000nm的寬輻射光譜范圍和優異的橫模質量，同時，它的波長可以調節對應至多種堿金屬原子的躍遷吸收線。作為優質的激光光源，它在量子精密測量中扮演著重要角色，連續波鈦寶石激光器可用于如原子鐘等時間測量裝置、用于原子磁強計等磁測量裝置、用于原子重力儀等重力測量裝置和用于原子陀螺儀等慣性測量裝置等。此外，結合非線性光學頻率轉換技術使波長可以擴展到紅外和深紫外區域，這對于量子通信和軍事應用領域的科學研究同樣具有重大價值，目前環形諧振腔因其可消除“空間燒孔”效應實現行波運行已成為鈦寶石激光器的主流腔型之一，而四鏡環形諧振腔在鈦寶石激光器的應用更是十分廣泛。
2、隨著光與原子相互作用研究(如原子鐘、原子磁強計、原子陀螺儀等)的深入，對連續波鈦寶石激光器輸出功率、噪聲、光束質量、穩定性、線寬和調諧能力等提出了更高的要求，然而鈦寶石激光器光束窄、緊聚焦，所以其輸出功率對重疊效率極其敏感，這也是鈦寶石激光器區別于其他固體激光器的特征之一，鈦寶石激光器泵浦激光束腰和腔模束腰重疊率直接影響環形腔連續波鈦寶石激光器的輸出功率水平，以往關于調試的文獻主要是實現對準，并未提出或證明調試工藝可以確保功率最大，在實際應用時，調試鈦寶石激光
技術實現思路
1、為解決在有源四鏡環形諧振腔結構鈦寶石激光器功率優化進程中，結構優化流程系統性較弱和調試周期較長的問題，本專利技術提供了一種基于有源四鏡環形諧振腔結構的連續波鈦寶石激光器光功率優化方法，可以使功率優化的調試流程系統化、縮短環形腔連續波鈦寶石激光器的功率優化周期，使基于有源四鏡環形諧振腔結構下連續波鈦寶石激光器輸出功率的優化更加迅速，且不容易陷入調試進程中存在的局部功率最優位姿區域。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、一種基于有源四鏡環形諧振腔結構的連續波鈦寶石激光器光功率優化方法，包括以下步驟：
4、步驟一：定義光路傳播方向為z軸，x軸為與z軸垂直的水平方向，y軸為與x軸和z軸垂直的方向，將泵浦激光器調整到正常工作狀態，使輸出激光光束沿z軸通過聚焦鏡穿過平凹鏡中心并聚焦至四鏡環形諧振腔內增益介質中心，與腔模進行模式匹配。
5、有源四鏡環形諧振腔結構包括鍍750-810nm高反射膜和532nm增透膜的平凹鏡(m1與m2)，輸出耦合鏡m3和鍍750-810nm高反膜的平面反射鏡m4，以及以布魯斯特角度切割的增益介質摻鈦藍寶石晶體，吸收系數為1.2cm-1@532nm。
6、步驟二：調整泵浦激光器輸出激光光束穿過鈦寶石晶體的軸心并作為初始泵浦光路徑，泵浦光路徑與晶體前后端面的交點分別定義為泵浦光的入射點和出射點，對于有源四鏡環形諧振腔的各腔鏡，a,b和c分別表示六自由度位姿下的旋轉角，偏轉角，俯仰角，位姿參數表示為[a,b,c]，本專利技術不涉及腔鏡旋轉角。
7、步驟三：調試對準有源四鏡環形諧振腔后，提高泵浦激光器輸出功率使其達到鈦寶石激光器振蕩的閾值泵浦功率之上，此時整體優化四鏡環形諧振腔各腔鏡使輸出功率達到最大值，之后初始化當前每片腔鏡位姿參數為[a,b,c]，通過功率計記錄當前輸出功率值p0并作為當前初始位姿參數[a,b,c]下的最高激光輸出功率值。
8、步驟四：沿兩個自由度之任一方向以1為步進間隔調節有源四鏡環形諧振腔腔鏡m2的偏轉角或俯仰角，即調整位姿參數為[a,b+1,c]或[a,b,c+1]，然后調整四鏡環形諧振腔腔鏡m4的偏轉角和俯仰角使鈦寶石激光器輸出功率優化至最高水平，具體m4的偏轉角和俯仰角優化流程為沿兩個自由度之任一方向以能調整的最小步進調整m4偏轉角或俯仰角，每次步進m4偏轉角或俯仰角后，均需調整優化俯仰角或偏轉角至激光輸出功率最佳，調整m4俯仰角或偏轉角至激光器輸出功率最優的方式為調整俯仰角或偏轉角時觀察輸出功率變化，優化方向沿著輸出功率增加的趨勢持續步進至最高輸出功率位置，則完成了俯仰角或偏轉角的輸出功率優化，隨著每次步進m4偏轉角或俯仰角后，按上述步驟優化m4俯仰角或偏轉角至輸出功率最優狀態并記錄輸出功率值p，作為此m4偏轉角或俯仰角步進后的最佳輸出功率值，根據每次m4偏轉角或俯仰角步進后優化俯仰角或偏轉角的最佳輸出功率值大小比較結果調整m4偏轉角或俯仰角的步進方向，使m4偏轉角或俯仰角步進始終沿著輸出功率增加的方向，直至步進后輸出功率下降則取上一步進后的輸出功率作為輸出功率的最佳水平，而上次步進則為當前m2位姿下優化m4位姿使達到輸出功率最優的俯仰角和偏轉角位姿。記錄此時最高輸出功率值p1，比較p1與p0的功率大小，若p1<p0，則對m2偏轉角或俯仰角而言，表示此為輸出功率減小的優化方向，立即反向步進m2偏轉角或俯仰角以使輸出功率持續提升，若p1＞p0，則表示調試方向正確，即沿著輸出功率增加的m2位姿方向，繼續調整位姿參數為[a,b+2,c]或[a,b,c+2]，即表示繼續沿著與上次m2調整的相同方向繼續調整偏轉角或俯仰角，每次調整完m2位姿參數后均需要以上述操作優化m4位姿參數使得當前m2位姿狀態輸出功率最高，重復幾次調整操作，直至步進n后，輸出功率為pn-1，此時pn-1小于pn-2，則表明腔鏡m2的最佳偏轉角位置位于此步進n和步進n-1之間，可通過二分法反向調整步進至n步進和n-1步進之間位置，反向步進為n-0.5，此時輸出功率記錄為pn-1.5，并比較此時的輸出功率pn-1.5，pn-1和pn-2，取其中較大功率的兩個值，向其較大輸出功率的兩個位姿狀態中間位置取合適步進調整，每次調整后均需按上述流程優化m4偏轉角和俯仰角，若功率持續增大則同向優化m2位姿參數以提高輸出功率，若功率減小則反向以更小的步進或者繼續二分法調整優化位姿參數，每次優化完成m2的位姿參數后均需按上述流程對m4的俯仰角和偏轉角進行位姿優化直至當前m2位姿下的最高輸出功率水平，當繼續優化m2位姿參數偏轉角或俯仰角后輸出功率達到最高狀態且功率波動影響相對較小時，則可認為m2位姿參數即偏轉角或俯仰角已經調節至最優功率輸出下的位姿點。
9、步驟五：當以上述的方式完成m2位姿參數偏轉角或俯仰角關于激光器輸出功率的優化之后，繼續以相同方式調整m2位姿參數的另一自由度，若上述先調整優化m2偏轉角或俯仰角，則此步驟以和步驟四的相同方式繼續優化m2位姿參數的俯仰角或偏轉角，直至最后功率計監測m2俯仰角或偏轉角在反復步進調整后鈦寶石激光器輸出功率幾乎保持不變，則可認為此時m2和m4位姿參數關于功率提升的優化調整已經完成，基于仿真模擬可知，通過此流程調整m2和m本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于有源四鏡環形諧振腔結構的連續波鈦寶石激光器光功率優化方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于有源四鏡環形諧振腔結構的連續波鈦寶石激光器光功率優化方法，其特征在于，所述步驟二和步驟三包括，使泵浦輸出激光光束穿過鈦寶石晶體的軸心并作為初始泵浦光路徑，泵浦光路徑與晶體前后端面的交點分別定義為泵浦光的入射點和出射點，對于有源四鏡環形諧振腔的各腔鏡，a,b和c分別表示六自由度位姿下的旋轉角，偏轉角，俯仰角，位姿參數表示為[a,b,c]；
3.根據權利要求2所述的一種基于有源四鏡環形諧振腔結構的連續波鈦寶石激光器光功率優化方法，其特征在于，所述步驟四和步驟五包括，沿著輸出功率增加的方向以1為步進間隔調整M2偏轉角或俯仰角，每次步進后需按固定順序調節M4偏轉角和俯仰角至當前步進M2后輸出功率最大，所述M4偏轉角和俯仰角優化順序為先優化M4偏轉角或俯仰角，后優化俯仰角或偏轉角，具體M4的偏轉角和俯仰角優化流程為沿兩個自由度之一方向以能調整的最小步進調整M4偏轉角或俯仰角，每次步進M4偏轉角或俯仰角后，均需調整俯仰角或偏轉角沿功率增加方
...【技術特征摘要】
1.一種基于有源四鏡環形諧振腔結構的連續波鈦寶石激光器光功率優化方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于有源四鏡環形諧振腔結構的連續波鈦寶石激光器光功率優化方法，其特征在于，所述步驟二和步驟三包括，使泵浦輸出激光光束穿過鈦寶石晶體的軸心并作為初始泵浦光路徑，泵浦光路徑與晶體前后端面的交點分別定義為泵浦光的入射點和出射點，對于有源四鏡環形諧振腔的各腔鏡，a,b和c分別表示六自由度位姿下的旋轉角，偏轉角，俯仰角，位姿參數表示為[a,b,c]；
3.根據權利要求2所述的一種基于有源四鏡環形諧振腔結構的連續波鈦寶石激光器光功率優化方法，其特征在于，所述步驟四和步驟五包括，沿著輸出功率增加的方向以1為步進間隔調整m2偏轉角或俯仰角，每次步進后需按固定順序調節m4偏轉角...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周新秀，馬英杰，張鵬宇，崔培玲，鄒升，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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