CN108023264B - 一种大角度入射简并光学谐振腔 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大角度入射简并光学谐振腔，包括：超窄线宽激光器、电光调制器、由四个腔镜依次连接构成的口字形的光学谐振腔、第一与第二光电探测器、射频信号发生器、PDH反馈控制模块以及压电陶瓷片；该简并光学谐振腔采用椭球面镜作为腔镜，克服了激光大角度入射、球面镜作为腔镜的情况下的原理性障碍，使得方形简并光学谐振腔的设计问题得到完美的解决；更进一步的，考虑到四面腔镜完全一致性，本发明设计的简并光学谐振腔具有完美的对称性，便于将类似的光学谐振腔彼此耦合级联起来，构建可以进行量子模拟的实验系统。

Description

一种大角度入射简并光学谐振腔
技术领域
本发明涉及光学信息处理技术领域，尤其涉及一种大角度入射简并光学谐振腔。
背景技术
光学谐振腔是激光系统的必要组成部件，可以为激光提供正反馈、约束光子的方向、频率等，随着激光技术的进步，以及量子信息技术的发展，光学谐振腔作为一种强大的光信息处理模块，在如火如荼的光计算和量子计算的研究中开始扮演重要的角色。
光学谐振腔种类繁多，其中一种完全简并光学谐振腔，以其同时完美兼容各种激光模式而具有强大的信息处理以及缓存的能力。但是，传统的激光谐振腔通常由球面镜和平面镜组成，激光的入射角度增大会破坏激光的谐振条件，简并腔的设计也局限在驻波腔以及小角度入射的行波腔的范畴内，这种设计的局限性严重制约着简并腔在光信息处理以及光量子计算中的使用。
简并腔的基本设计思想如下：
首先光学谐振腔通常由球面镜以及平面镜构成，在激光原理中，可以用一个传输矩阵T描述腔镜对光束的约束变幻情况[周炳坤，高以智，陈周荣，陈家骅.激光原理(第6版).北京：国防工业出版社，2013年.]，例如，曲率半径为R的球面镜，激光正入射，传输矩阵为[1 0；-2/R 1]；若激光入射角度为θ，传输矩阵则劈裂为两个——一个是在由光轴组成的平面内传输的子午光线，传输矩阵为[1 0；Rcosθ/21]，另一个是在与之垂直的平面内传输的弧矢光线，传输矩阵为[1 0；R/2cosθ1]。平面镜的传输矩阵为[1 0:0 1]。
要构造简并腔，根据激光原理教程，所有元器件的传输矩阵相乘必须严格满足单位阵的条件。这样严格来讲，有角度入射的球面镜组成的光学谐振腔都不可能满足简并腔的条件，但是在误差允许的范围内，小角度入射的构造还是可以达到简并的效果，但是这样构造严重制约着简并腔的级联使用。而正入射的驻波腔的构造虽然可以满足简并性条件，但是更不便于多个腔的级联使用，进一步限制了简并腔的试用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种大角度入射简并光学谐振腔，解决了球面镜大角度入射带来的原理性致命缺陷，且便于集成。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种大角度入射简并光学谐振腔，包括：超窄线宽激光器、电光调制器、由四个椭球面腔镜依次连接构成的口字形的光学谐振腔、第一与第二光电探测器、射频信号发生器、PDH反馈控制模块以及压电陶瓷片；其中：
所述电光调制器与超窄线宽激光器连接，用于调制超窄线宽激光产生频率边带来辅助实施PDH锁腔技术；
电光调制器输出的调制后的激光射入光学谐振腔中，光学谐振腔输出的激光分别由第一与第二光电探测器进行探测；第一光电探测器、PDH反馈控制模块以及压电陶瓷片依次连接，压电陶瓷片与光学谐振腔相连；第一光电探测器的探测结果用于辅助PDH反馈控制模块实施PDH锁腔技术稳定光学谐振腔相位，并通过压电陶瓷片做出响应；第二光电探测器的探测结果用于检测光学谐振腔的稳定状态；
所述射频信号发生器的一个输出端连接电光调制器，用于驱动电光调制器，另一输出端连接PDH反馈控制模块，用于辅助PDH反馈控制模块实施PDH锁腔技术，解调误差信号。
所述四个椭球面腔镜，分别记为第一、第二、第三与第四椭球面腔镜；
所述第一、第二、第三与第四椭球面腔镜依次设置，电光调制器输出的调制后的激光射向第一椭球面腔镜入射，其中一部分光反射至第一光电探测器探测，另一部分光透射至光学谐振腔内；透射至光学谐振腔内的光射向第二椭球面腔镜，一部分光透射出光学谐振腔并被第二光电探测器探测探测，另一部分光在光学谐振腔内依次被第三与第四椭球面腔镜反射至第一椭球面腔镜；光学谐振腔内反射至第一椭球面腔镜中的光一部分透射出光学谐振腔并被第一光电探测器探测探测，另一部分反射至第二椭球面腔镜。3、根据权利要求2所述的一种大角度入射简并光学谐振腔，其特征在于，所述压电陶瓷片与第三椭球面腔镜相互接触。
所述光学谐振腔的激光入射角度为45°。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用椭球面镜作为腔镜，克服了激光大角度入射、球面镜作为腔镜的情况下的原理性障碍，使得方形简并光学谐振腔的设计问题得到完美的解决；更进一步的，考虑到四面腔镜完全一致性，本发明设计的简并光学谐振腔具有完美的对称性，便于将类似的光学谐振腔彼此耦合级联起来，构建可以进行量子模拟的实验系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种大角度入射简并光学谐振腔的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的椭球面腔镜示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种大角度入射简并光学谐振腔，如图1所示，其主要包括：超窄线宽激光器1、电光调制器2、由四个椭球面腔镜(9～12)依次连接构成的口字形的光学谐振腔3、第一与第二光电探测器(4、8)、射频信号发生器5、PDH反馈控制模块6以及压电陶瓷片7；其中：
所述电光调制器2与超窄线宽激光器1连接，用于调制超窄线宽激光产生频率边带来辅助实施PDH锁腔技术；
电光调制器2输出的调制后的激光射入光学谐振腔3中，光学谐振腔3输出的激光分别由第一与第二光电探测器进行探测；第一光电探测器4、PDH反馈控制模块6以及压电陶瓷片7依次连接，压电陶瓷片7与光学谐振腔3相连；第一光电探测器的探测结果用于辅助PDH反馈控制模块实施PDH锁腔技术稳定光学谐振腔相位，并通过压电陶瓷片7做出响应，使谐振腔与所述激光器产生的激光处于稳定的谐振状态；第二光电探测器8的探测结果用于检测光学谐振腔3的稳定状态；
所述射频信号发生器5的一个输出端连接电光调制器2，用于驱动电光调制器，另一输出端连接PDH反馈控制模块6，用于辅助PDH反馈控制模块实施PDH锁腔技术，解调误差信号。
本发明实施例中，为了补偿激光大角度入射所导致的球面光学腔镜等效焦距的劈裂问题，用椭球面腔镜来替换传统的球面腔镜，与传统的椭球面腔镜反射效果相比，椭球面腔镜完全补偿掉等效焦距的劈裂问题，使得“口”字形简并光学腔的搭建得以实施，椭球面腔镜的示意图可参见图2。
还参见图1，四个椭球面腔镜分别记为第一、第二、第三与第四椭球面腔镜(对应图1中的9～12)；第一、第二、第三与第四椭球面腔镜依次设置，电光调制器2输出的调制后的激光射向第一椭球面腔镜9，其中一部分光反射至第一光电探测器探测4，另一部分光透射至光学谐振腔3内；透射至光学谐振腔3内的光射向第二椭球面腔镜10，一部分光透射出光学谐振腔3并被第二光电探测器探测8探测，另一部分光在光学谐振腔3内依次被第三与第四椭球面腔镜反射至第一椭球面腔镜9；光学谐振腔3内反射至第一椭球面腔镜9中的光一部分透射出光学谐振腔3并被第一光电探测器探测4探测，另一部分反射至第二椭球面腔镜10。
本领域技术人员可以理解，光学谐振腔的椭球面腔镜表面严格遵守菲涅尔定律，即椭球面腔镜为高反射比腔镜，透射到腔内的光比例很低，但是由于腔镜的限制作用，光子可以在腔内有比较长的寿命，和后面入射的激光可以形成干涉增强，所以使得腔内总光场非常强的，然后再从第一椭球面腔镜9透射出去一部分，和第一椭球面腔镜9外表面反射的光场干涉相消，使得第一探测器4能够探测两束光干涉叠加的总光强。
此外，压电陶瓷片7与第三椭球面腔镜11相互接触，在实际应用中可以将压电陶瓷片7与第三椭球面腔镜11的外表面粘贴在一起。
本发明实施例中，所述光学谐振腔的激光入射角度为45°，谐振腔具有优越的对称性，易于耦合级联相似的谐振腔，便于功能扩展。
本发明实施例中，介于光学谐振腔对谐振相位的严格要求，采用可靠的手段稳定相位，这方面可以参考美国的科学大装置LIGO探测引力波项目中采用的技术手段Pound-Drever-Hall(PDH)锁相技术，该技术已经得到LIGO计划的验证可以将光学谐振腔长期锁定在超窄线宽的稳定状态，完成各种实验操作，为光学谐振腔的实际应用打下坚实的基础。采用PDH锁腔技术，应用性能优良反馈控制器，光学谐振腔可以长时间稳定在谐振状态，足以完成各种后续的数据处理、采集任务。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种大角度入射简并光学谐振腔，其特征在于，包括：超窄线宽激光器、电光调制器、由四个椭球面腔镜依次连接构成的口字形的光学谐振腔、第一与第二光电探测器、射频信号发生器、PDH反馈控制模块以及压电陶瓷片；其中：
所述电光调制器与超窄线宽激光器连接，用于调制超窄线宽激光产生频率边带来辅助实施PDH锁腔技术；
电光调制器输出的调制后的激光射入光学谐振腔中，光学谐振腔输出的激光分别由第一与第二光电探测器进行探测；第一光电探测器、PDH反馈控制模块以及压电陶瓷片依次连接，压电陶瓷片与光学谐振腔相连；第一光电探测器的探测结果用于辅助PDH反馈控制模块实施PDH锁腔技术稳定光学谐振腔相位，并通过压电陶瓷片做出响应；第二光电探测器的探测结果用于检测光学谐振腔的稳定状态；
所述射频信号发生器的一个输出端连接电光调制器，用于驱动电光调制器，另一输出端连接PDH反馈控制模块，用于辅助PDH反馈控制模块实施PDH锁腔技术，解调误差信号。
2.根据权利要求1所述的一种大角度入射简并光学谐振腔，其特征在于，
所述四个椭球面腔镜，分别记为第一、第二、第三与第四椭球面腔镜；
所述第一、第二、第三与第四椭球面腔镜依次设置，电光调制器输出的调制后的激光射向第一椭球面腔镜入射，其中一部分光反射至第一光电探测器探测 ，另一部分光透射至光学谐振腔内；透射至光学谐振腔内的光射向第二椭球面腔镜，一部分光透射出光学谐振腔并被第二光电探测器探测，另一部分光在光学谐振腔内依次被第三与第四椭球面腔镜反射至第一椭球面腔镜；光学谐振腔内反射至第一椭球面腔镜中的光一部分透射出光学谐振腔并被第一光电探测器探测，另一部分反射至第二椭球面腔镜。
3.根据权利要求2所述的一种大角度入射简并光学谐振腔，其特征在于，所述压电陶瓷片与第三椭球面腔镜相互接触。
4.根据权利要求1或2所述的一种大角度入射简并光学谐振腔，其特征在于，所述光学谐振腔的激光入射角度为45°。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109520491B (zh) * 2019-01-11 2024-02-23 中国科学技术大学 连续光轨道角动量谐振腔陀螺仪
CN112748102A (zh) * 2021-01-04 2021-05-04 远正(江苏)水务科技有限公司 一种有源腔行波场增强气体拉曼检测装置
CN116387954A (zh) * 2023-03-02 2023-07-04 重庆大学 一种基于光学反馈和pdh结合的频率锁定方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101825710A (zh) * 2009-12-24 2010-09-08 哈尔滨工业大学 一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统
CN101916961A (zh) * 2010-07-31 2010-12-15 山西大学 波长可调谐的双波长外腔共振激光频率转换装置
CN105914573A (zh) * 2016-05-11 2016-08-31 哈尔滨工业大学 内色散补偿串联移频和四镜环形腔双频梳生成方法与装置
CN107069406A (zh) * 2017-04-12 2017-08-18 中国科学技术大学 一种用于冷原子实验的671nm激光系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2946447B1 (en) * 2013-01-16 2018-06-06 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Enhancement resonator including non-spherical mirrors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101825710A (zh) * 2009-12-24 2010-09-08 哈尔滨工业大学 一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达系统
CN101916961A (zh) * 2010-07-31 2010-12-15 山西大学 波长可调谐的双波长外腔共振激光频率转换装置
CN101916961B (zh) * 2010-07-31 2011-09-07 山西大学 波长可调谐的双波长外腔共振激光频率转换装置
CN105914573A (zh) * 2016-05-11 2016-08-31 哈尔滨工业大学 内色散补偿串联移频和四镜环形腔双频梳生成方法与装置
CN107069406A (zh) * 2017-04-12 2017-08-18 中国科学技术大学 一种用于冷原子实验的671nm激光系统

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