CN114383816B - 一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法，在无源腔调节过程中，向无源腔内引入指示光束，获取指示光束经过无源腔的透射光束，通过适当的光学传感方式，分析透射光束光场的多维光学参量。向多维光学参量分别赋予一定权重构建多光学参量融合反馈指标。以多光学参量融合反馈，指导完成无源腔的调节过程。该方法可更全面地获取无源腔对输入光束(即指示光束)的光场响应特性，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。同时，本方法也为无源腔的高稳定、高精度主动控制提供了多光学参量融合反馈的解决方案。

Description

一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法
技术领域
本发明涉及无源腔调腔的技术领域，具体涉及一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法。
背景技术
无源谐振腔(简称无源腔)在光腔衰荡技术、光纤传感技术等领域具有重要应用价值，而无源腔的精密调节对于相关技术应用具有重要意义。对于光腔衰荡技术在高反射率测量等方面的应用而言，精密调腔是测量真实性和可靠性的重要保证。现阶段在光腔衰荡技术领域和某些非稳腔调节过程中，均引入针对性的指示光束，通过获取透射光束的特征信息来完成腔结构调节。
目前调腔过程中，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 cavitydecay 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)和透射光场分布(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。这将导致调腔反馈灵敏度有限，衰荡腔的精调过程依赖于人工反复寻优，一方面形成了较高的经验门槛，另一方面也降低了调腔效率。同时导致调腔重复性不足，在实际应用中影响相关技术的应用效果。
针对这一问题，本发明以获取无源腔对注入光束的光场响应为目标，通过适当的传感方式，多维解析调腔过程，建立多光学参量融合反馈机制，指导无源腔调腔过程。该方法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，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。同时，本方法也为无源腔的高稳定、高精度主动控制提供了多光学参量融合反馈的技术方案。
发明内容
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不足甚至单一、调腔反馈灵敏度差等问题，造成目前调腔过程效率偏低、重复性差、依赖人工经验等，在工程应用中带来一系列技术挑战。
本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法，调腔过程中向无源腔引入指示光束，通过获取指示光束经过无源腔的光场响应信息，建立多光学参量融合反馈指标。以该指标指导调腔过程。
一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法，具体实现步骤如下：
步骤(1)、搭建无源腔，向无源腔内引入指示光束；
步骤(2)、获取指示光束经过该无源腔的透射光场，以光学传感方式，分析透射光束光场的多维光学参量；
步骤(3)、向多维光学参量分别赋予各自权重构建多光学参量融合反馈指标；
步骤(4)、以多光学参量融合反馈指标为指导完成无源腔调腔。
其中，无源腔为无源谐振腔，按照稳定性分类可以为稳定腔、非稳腔或介稳腔。按照结构分类可以为直腔、折叠腔、环形腔或复合腔。
指示光束为激光光束，对光束口径、发散角、波长等指标可不做特殊要求；也可限定为特定波长、特定口径的激光光束。
其中，光场多光学参量涉及振幅(光强峰值、光强分布)、相位、偏振态、谱线及光谱线宽等光场综合信息的一种或多种。
其中，多光学参量融合反馈，其反馈量可以由透射光束的振幅、相位等光场信息直接构成，也可以包含无源腔系统的光场响应信息，如光强峰值包络线、光强峰值变化规律、光强分布变化规律等。
多参量融合反馈指标建立过程，各光学参量的权重可根据先验知识、理论或仿真模型及实验条件设定；各光学参量的权重在调腔过程中可以一定规则动态调整。
无源腔调腔过程中，多参量融合反馈指标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等。
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，提供更多调腔解析维度，形成多光学参量融合反馈指标，更全面地指导调腔过程。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)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，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。
(2)本发明方法通过多光学参量融合反馈，能提高调腔重复性精度。
(3)本发明方法也为无源腔的高稳定、高精度主动控制提供了多光学参量融合反馈的技术方案。
附图说明
图1为本发明的一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法的流程图；
图2为光腔衰荡技术三腔镜折叠腔的应用示例(结构图)。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法，具体实现步骤如下：
步骤(1)、搭建无源腔，向无源腔内引入指示光束；
其中，无源腔为无源谐振腔，按照稳定性分类可以为稳定腔、非稳腔或介稳腔。按照结构分类可以为直腔、折叠腔、环形腔或复合腔。
指示光束为激光光束，对光束口径、发散角、波长等指标可不做特殊要求；也可限定为特定波长、特定口径的激光光束。
步骤(2)、获取指示光束经过该无源腔的透射光场，以适当的光学传感方式，分析透射光束光场的多维光学参量；
其中，光场多光学参量涉及振幅(光强峰值、光强分布)、相位、偏振态、谱线及光谱线宽等光场综合信息的一种或多种。
步骤(3)、向多维光学参量分别赋予一定权重构建多光学参量融合反馈指标；
其中，多光学参量融合反馈，其反馈量可以由透射光束的振幅、相位等光场信息直接构成，也可以包含无源腔系统的光场响应信息，如光强峰值包络线、光强峰值变化规律、光强分布变化规律等。
多参量融合反馈指标建立过程，各光学参量的权重可根据先验知识、理论或仿真模型及实验条件设定；各光学参量的权重在调腔过程中可以一定规则动态调整。
无源腔调腔过程中，多参量融合反馈指标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等。
步骤(4)、以多光学参量融合反馈指标为指导完成无源腔调腔。
实施例1
如图2所示，以某衰荡腔(三腔镜折叠腔)为例说明本发明的一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法的具体实施方法：
步骤(1)、按照三腔镜折叠腔结构搭建衰荡腔，向腔内引入1064nm激光光束；
其中，衰荡腔整体结构符合稳定腔条件，注入的激光光束为中心波长1064nm、标称线宽0.5nm、输出功率1mW、直径≤5mm的基横模光束。
步骤(2)、获取指示光束经过衰荡腔的透射光场，在腔镜后利用光电探测器、相机和光谱仪分别记录透射信号光强I、透射光强分布(光斑形态)E以及透射波长λ和线宽Δ。3种光学参量相融合，形成多光学参量融合反馈。具体反馈公式为δ＝f(I,E,λ,Δ)，其中δ表征调腔反馈指标，本实施例中，δ为腔损耗因子。
步骤(3)、向多维光学参量分别赋予一定权重构建多光学参量融合反馈指标；
在衰荡腔粗调阶段，以透射光强分布(光斑形态)为主反馈，确保光斑形态保持在基横模之后，以透射信号光强为主反馈，通过透射光强信号分析腔损耗因子，以腔损耗因子最小为目标进行衰荡腔精调。
在调腔过程中，具体反馈公式进一步描述为δ＝f(α1I,α2E,α3λ,α4Δ)，其中α1,α2,α3,α4表征各反馈参量的权重值。
步骤(4)、以多光学参量融合反馈指标为指导完成衰荡腔调腔。
本实施例中，在粗调腔阶段，α2设为最大权重，α1设为次权重，α3和α4权重设为0；在进入精调阶段后，α1设为最大权重，其中权重值根据调腔过程适当设置。
在本实施例中，基于本方法得到的腔损耗因子观测结果为1559±12ppm；而传统方法调腔结果得到的腔损耗因子为1601±34ppm。采用本方法实现了更低损耗的调整状态，同时损耗观测值更为稳定。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法，其特征在于，实现步骤如下：
步骤(1)、搭建无源腔，向无源腔内引入指示光束；
步骤(2)、获取指示光束经过该无源腔的透射光束光场，以光学传感方式，分析透射光束光场的多维光学参量；
步骤(3)、向多维光学参量分别赋予各自权值构建多光学参量融合反馈指标；
步骤(4)、以多光学参量融合反馈指标为指导完成无源腔调腔；
步骤(1)所述无源腔为无源谐振腔，按照稳定性分类为非稳腔或介稳腔；按照结构分类为直腔、折叠腔、环形腔或复合腔；
步骤(2)所述的多维光学参量涉及振幅、相位、偏振态、谱线及光谱线宽的一种或多种，振幅包括光强峰值、光强分布；
步骤(3)所述的多光学参量融合反馈指标建立过程，各光学参量的权重根据先验知识、理论或仿真模型及实验条件设定；各光学参量的权重在调腔过程中结合粗调节和精调节过程动态调整。
2.根据权利要求1所述的一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法，其特征在于：步骤(1)所述无源腔按照稳定性分类为稳定腔。
3.根据权利要求1所述的一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法，其特征在于：步骤(1)所述的指示光束为激光光束。
4.根据权利要求1所述的一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法，其特征在于：步骤(3)所述的多光学参量融合反馈，其反馈量由透射光束的振幅、相位光场信息直接构成。
5.根据权利要求1所述的一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法，其特征在于：步骤(3)所述的多光学参量融合反馈，其反馈量包含无源腔系统的光强峰值包络线、光强峰值变化规律、光强分布变化规律。
6.根据权利要求1所述的一种针对无源腔的多光学参量融合反馈调腔方法，其特征在于：步骤(3)所述的无源腔调腔过程中，多光学参量融合反馈指标作为人工调腔的辅助判断依据和作为自动调腔的控制反馈量。
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