一种复合传感无源腔标定装置

1.本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种复合传感无源腔标定装置。


背景技术：

2.无源腔是一种无增益工作介质或虽有工作介质但不考虑其增益的光学谐振腔，目前在光腔衰荡技术、光纤传感技术、大型激光系统等领域具有重要应用价值。而无源腔的精密调节及标定对相关技术领域应用具有重要意义。以光腔衰荡技术中的高反射率测量为例，其无源腔的精密调节对于测量结果的真实性和可靠性极其重要。目前光腔衰荡技术领域及某些光学谐振腔的调节过程中，均是通过引入指示光束，以透射光束的特征光学参量信息为反馈来完成无源腔的调节及标定。现阶段的无源腔调节过程考虑的透射光场特征信息较为有限甚至单一，如透射信号光强(d.anderson,j.frisch,c.masser,mirror-reflectometer based on optical cavity decay time,applied optics,1984,23(8),1238-1245；中国专利申请号200810055635.4，“一种用于测量高反射率的装置”)、透射光强的衰荡曲线(易亨瑜；衰荡腔失调下的波形仿真，《中国激光》，2006，33(3)：399-404)和透射光强分布(薛颖，杜星湖，何星等，基于透射光斑形态监测的光腔衰荡调腔方法,中国激光,2020,47(5):0504001)等。但这种调腔反馈信息度有限，精调过程需人工反复调节寻优，进而导致调腔经验门槛较高，调腔效率较低，调腔重复性精度较差，影响在实际技术中的应用效果。
3.针对这一问题，本发明通过复合传感记录指示光束经过无源腔后透射光束的各个光学参量包括光强峰值、相位、光强分布、谱线及光谱线宽，并赋予各光学参量一定权重来构建复合传感调腔反馈指标，多维解析调腔过程，指导无源腔的调腔过程，完成无源腔的标定。相比传统方法，本发明可更全面地获取无源腔对输入光束(指示光束)的光场响应特性，调腔反馈指标较多，不依赖操作人员主观判断，避免无源腔调节过程中的局部寻优现象，达到最优化的无源腔状态，进而实现无源腔的高稳定度高精度标定。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：目前无源腔调腔过程存在调腔反馈信息度有限，调腔反馈灵敏度差等问题，造成目前调腔经验门槛较高，调腔过程效率较低，调腔重复性精度较差，等，在工程应用中带来一系列技术挑战。
5.本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合传感无源腔标定装置，包括：指示光源、平面腔镜、第一平凹腔镜、分光镜、光电探测器、光谱仪、第二平凹腔镜、波前传感器和计算机；指示光源输出的激光光束注入到由平面腔镜、第一平凹腔镜和第二平凹腔镜构成的折叠型无源腔内进行谐振，激光光束经无源腔后的透射信号光强由光电探测器采集，透射光束经分光镜分光后由光谱仪记录其光谱信息包括谱线及光谱线宽，透射光束的相位及光强分布由波前探测器记录，通过向透射光束的各个光学参量分别赋予一定权重来构建复合传感调腔反馈指标，指导无源腔的调腔过程，完成无源腔的标定。计算机作为
数据处理机，控制指示光源的开关及功率调节，显示光电探测器采集到的光腔输出信号，分析处理光谱仪所采集的光谱信息，显示并分析波前传感器记录的透射光束相位及光强分布。
6.进一步地，所述的指示光源为激光光束，光束口径、波长、光束强度不做特定要求，也可限定为特定波长、特定口径、特定强度的激光光束。
7.进一步地，所述的由平面腔镜、第一平凹腔镜和第二平凹腔镜构成的无源腔为折叠型无源谐振稳定腔。
8.进一步地，所述的透射光束各个光学参量包括光强峰值、相位、光强分布、谱线及光谱线宽。
9.进一步地，所述的复合传感调腔反馈指标构建过程中的各光学参量的权重可根据理论、仿真模型、先验知识或实验条件来设定；在调腔过程中可动态调整各光学参量权重。
10.进一步地，所述的复合传感调腔反馈指标指导无源腔的调腔过程具体是指该复合传感调腔反馈指标既可作为人工调腔的辅助判断依据，也可作为自动调腔的控制反馈量。
11.进一步地，所述的无源腔完成标定的条件是根据无源腔的具体应用场景来设定的，包括光腔衰荡系统、光纤传感系统、大型激光系统。
12.本发明的原理是：通过获取无源腔对调腔指示光束的光场响应特性，提供更多调腔解析维度，形成复合传感调腔反馈指标，更全面地指导调腔过程，实现无源腔的标定。
13.本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明可更全面地获取无源腔对输入光束(指示光束)的光场响应特性，调腔反馈指标较多，不依赖操作人员主观判断，调腔经验门槛较低，调腔重复性精度较高，可克服无源腔调节过程中的局部寻优问题，达到最优化的无源腔状态，进而可实现无源腔的高稳定度高精度标定。
附图说明
14.图1为本发明一种复合传感无源腔标定装置的结构示意图，其中，1为指示光源；2为平面腔镜；3为第一平凹腔镜；4为分光镜；5为光电探测器；6为光谱仪；7为第二平凹腔镜；8为波前传感器；9为计算机；
15.图2为本发明一种复合传感无源腔标定装置的调腔流程图。
具体实施方式
16.下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
17.如图1所示，一种复合传感无源腔标定装置，包括：指示光源1、平面腔镜2、第一平凹腔镜3、分光镜4、光电探测器5、光谱仪6、第二平凹腔镜7、波前传感器8和计算机9；指示光源1输出的激光光束注入到由平面腔镜2、第一平凹腔镜3和第二平凹腔镜7构成的折叠型无源腔内进行谐振，激光光束经无源腔后的透射信号光强由光电探测器5采集，透射光束经分光镜4分光后由光谱仪6记录其光谱信息包括谱线及光谱线宽，透射光束的相位及光强分布由波前探测器8记录。通过向透射光束的各个光学参量分别赋予一定权重来构建复合传感调腔反馈指标，指导无源腔的调腔过程，完成无源腔的标定。计算机9作为数据处理机，控制指示光源1的开关及功率调节，显示光电探测器5采集到的光腔输出信号，分析处理光谱仪6所采集的光谱信息，显示并分析波前传感器8记录的透射光束相位及光强分布。所述的指示
光源1为激光光束，光束口径、波长、光束强度不做特定要求，也可限定为特定波长、特定口径、特定强度的激光光束。所述的由平面腔镜2、第一平凹腔镜3和第二平凹腔镜7构成的无源腔为折叠型无源谐振稳定腔。所述的透射光束各个光学参量包括光强峰值、相位、光强分布、谱线及光谱线宽。所述的复合传感调腔反馈指标构建过程中的各光学参量的权重可根据理论、仿真模型、先验知识或实验条件来设定；在调腔过程中可动态调整各光学参量权重。所述的复合传感调腔反馈指标指导无源腔的调腔过程具体是指该复合传感调腔反馈指标既可作为人工调腔的辅助判断依据，也可作为自动调腔的控制反馈量。所述的无源腔完成标定的条件是根据无源腔的具体应用场景来设定的，包括光腔衰荡系统、光纤传感系统、大型激光系统。
18.本发明实施例的复合传感无源腔标定装置由指示光源1输出的激光光束注入到由平面腔镜2、第一平凹腔镜3和第二平凹腔镜7构成的折叠型无源腔内进行谐振，激光光束经无源腔后的透射信号光强由光电探测器5采集，透射光束经分光镜4分光后由光谱仪6记录其光谱信息包括谱线及光谱线宽，透射光束的相位及光强分布由波前探测器8记录。通过向透射光束的各个光学参量分别赋予一定权重来构建复合传感调腔反馈指标，指导无源腔的调腔过程，完成无源腔的标定。
19.图1中的指示光源1在本实施例中为中心波长1064nm、标称线宽0.5nm、输出功率1mw、直径≤5mm的连续半导体激光器(rgb photonics)。
20.图1中的光电探测器5、光谱仪6和波前传感器8分别记录透射信号光强、透射波长线宽、透射光束的相位及光强分布。四种光学参量相融合构建成复合传感调腔反馈指标，指导无源腔的调腔标定过程。
21.本发明一种复合传感无源腔标定装置的调腔方法具体包括如下步骤：
22.步骤1、搭建无源腔，向无源腔内引入指示光束；
23.步骤2、以复合传感方式获取无源腔透射光束多维光学参量，多维光学参量包括透射信号光强、透射光强分布、透射光场相位及透射光谱波长线宽；
24.步骤3、建立多维光学参量融合反馈；
25.步骤4、可根据需要动态调整各光学参量权重继续进行调腔。
26.图2为本发明一种复合传感无源腔标定装置的调腔流程图。在本实施例中的具体过程为搭建折叠型无源稳定谐振腔，向腔内引入中心波长1064nm、标称线宽0.5nm、输出功率1mw、直径≤5mm的基横模激光光束，通过光电探测器5、波前传感器8和光谱仪6获取无源腔透射光束的多维光学参量包括透射信号光强、透射光强分布、透射光场相位及透射光谱波长线宽，以此四种光学参量相融合构建成复合传感调腔反馈指标，指导无源腔的调腔过程，并在调腔过程中可根据需要动态调整各光学参量权重继续进行调腔，完成无源腔的标定。
27.以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。