CN115755424B - 基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置及准直方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置及其准直方法，其中的准直装置包括：激光器、三端环形器、准直器、透镜组、光学谐振腔、探测器装置和光功率测量装置；激光器发出一束激光光束，经三端环形器的第一端口和第二端口入射至准直器；激光光束经准直器的准直后形成准直光束入射至透镜组；高斯光束水平入射至光学谐振腔内部，依次对后端高反镜和前端高反镜的位置进行调节，当光功率测量装置达到最大值时，后端高反镜和前端高反镜为互相平行且垂直于高斯光束；从而完成光路准直调节，形成光学谐振腔；高斯光束经过光学谐振腔后入射至探测器装置。本发明通过可视化的光功率数值来对光路进行精确快捷调节，减小了光路调节的误差。

Description

基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置及准直方法

技术领域

本发明涉及光学传感技术领域，特别涉及一种基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置及准直方法。

背景技术

随着传感技术的发展，光腔衰荡光谱技术以及与其结构类似的光学腔增强吸收光谱技术由于光学增强腔可极大增强光与物质的相互作用，并因其具有极高的探测灵敏度，并越来越受到人们的重视。该技术以朗博-比尔定律为基本原理，能够根据需求对浓度、温度、压力、折射率等参数进行测量，如今被广泛应用于大气痕量气体监测、折射率测量等领域。

而在腔衰荡光谱技术的实现过程中，除了需要对系统的模式匹配进行计算外，在光学系统搭建过程中，我们需要谐振腔的两面高反腔镜的平行度保持高度精确，从而形成光学谐振增强腔。传统的方法是利用近红外感光片观察反射光斑的位置是否与入射光斑重合，从而来判断反射光路是否按原路返回，前端与后端的高反腔镜均通过此方法进行调节后，即可大致使两面高反腔镜平行，并进行下一步的精细调节。此方法可行，但是随机性大，没有相应参数来确定反射光是否完全按原路返回，在实际的光路调节中并不能保证调节出来的两面高反腔镜完全平行，调节效率低，因此增加了光路调节的随机性与调节难度。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置及准直方法，功率计接在三端环形器第三端口，测量激光光束经过高反镜反射后，反射回准直器光束的功率，通过反射功率提供可视化参数，从而精确且快速得保证反射光完全按照入射光路原路返回，从而精确地控制高反腔镜垂直于光路，通过两次操作，进而使得前后两面高反腔镜完全平行，形成光学谐振腔，为自动化调腔提供新思路。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，包括：激光器、三端环形器、准直器、透镜组、反射镜组、光学谐振腔、探测器装置和光功率测量装置；

激光器发出一束激光光束，经三端环形器的第一端口和第二端口入射至准直器；激光光束经准直器的准直后形成准直光束入射至透镜组；透镜组用于将准直光束转化为高斯光束，使其与光学谐振腔的腔内模式进行匹配；高斯光束经过所述反射镜组后入射至所述光学谐振腔；

光学谐振腔包括：腔体、前端高反镜和后端高反镜；

三端环形器还包括有第三端口，第三端口与光功率测量装置进行连接；

高斯光束水平入射至光学谐振腔内部，依次对后端高反镜和前端高反镜的位置进行调节，当高斯光束经后端高反镜或前端高反镜反射后的反射光束全部入射至三端环形器第三端口连接的光功率测量装置中时，即光功率测量装置达到最大值时，后端高反镜和前端高反镜为互相平行且垂直于高斯光束；

从而完成光路准直调节，形成光学谐振腔；高斯光束经过光学谐振腔后入射至探测器装置。

优选地，还包括反射镜组，反射镜组位于透镜组和光学谐振腔之间，用于改变高斯光束的水平位置；

反射镜组包括：第一调节反射镜和第二调节反射镜；高斯光束依次经过第一调节反射镜和第二调节反射镜的两次反射后入射至光学谐振腔。

优选地，准直器为光纤准直器，准直器出射光束的光斑直径 ≤ 2 mm，发散角＜0.02°；

透镜组用于将准直器出射的准直光束转化为高斯光束；

透镜组包括：第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜；

第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜是焦距为50 mm的紫外熔融石英双凸透镜；

准直镜、第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜之间由笼式同轴系统装配而成，用于保证三者同轴。

优选地，光功率测量装置包括：功率计和计算机；

功率计为nW-W级的激光功率计，用于监控反射光束的光功率；

所述计算机用于观测所述功率计的示数；

探测器装置包括：光电探测器和示波器；

光电探测器为铟镓砷探测器，用于对光学谐振腔的透射光束进行探测；

示波器用于显示光学谐振腔的透射光束的波形。

优选地，三端环形器由入射端、出射端和反射端组成，根据光路的实际情况，将入射端、出射端和反射端分别定义为第一端口、第二端口和第三端口，并将第一端口与激光器的输出端相连接、第二端口与准直器的输入端相连接、第三端口与功率计相连接。

优选地，前端高反镜和后端高反镜为反射率＞99.99%的高反镜；

前端高反镜和后端高反镜在调节过程中，均放在三轴超稳镜架内；通过调节三轴超稳镜架的位置与角度，以调节前端高反镜和后端高反镜的位置与角度。

本发明还提供一种基于光学增强腔模式匹配的光路准直方法，包括以下步骤：

S1、激光器发出激光光束，经过三端环形器的第一端口和第二端口入射至准直器中，经准直器的准直后形成准直光束，准直光束依次经过第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜的透射后形成高斯光束；

S2、高斯光束入射至光学谐振腔内部，根据功率计示数依次对后端高反镜和前端高反镜的位置进行调节，直至光学谐振腔内的后端高反镜和前端高反镜互相平行且垂直于高斯光束；

S3、根据示波器显示的波形对后端高反镜和前端高反镜的位置进行微调以对光学谐振腔的腔内模式进行调节；

S4、计算光学谐振腔腔内的自由光谱范围并与激光器波长的扫描范围进行比较，判断光学谐振腔的腔内模式的调节是否正确。

优选地，步骤S2包括以下步骤：

S21、对后端高反镜的位置进行调节，过程包括：

将位于光学谐振腔后端的后端高反镜放置在光路中，利用近红外感光片观察后端高反镜上的光斑位置，通过调节后端高反镜的放置位置直至光斑位于后端高反镜的中心；

然后微调节后端高反镜所对应的三轴超稳镜架的角度，同时观察功率计，直至功率计的示数最大时，即由后端高反镜反射的光束原路返回，后端高反镜62完全垂直于激光光路，完成对后端高反镜的调节过程；

S22、对前端高反镜的位置进行调节，过程包括：

将位于光学谐振腔前端的前端高反镜放置在光路中，利用近红外感光片观察前端高反镜上的光斑位置，通过调节前端高反镜的放置位置直至光斑位于前端高反镜的中心；

然后微调节前端高反镜所对应的三轴超稳镜架的角度，同时观察功率计，直至功率计的示数最大时，即由前端高反镜反射的光束原路返回，前端高反镜也完全垂直于激光光路，完成对前端高反镜的调节过程；

经过上述调节过程后，确认后端高反镜和前端高反镜精确地平行，且完全垂直于激光光路，从而完成含有光学增强腔的腔衰荡或腔增强系统中的光路准直调节，形成光学谐振腔。

优选地，步骤S4包括：

通过对激光器的电流进行低频率的锯齿波扫描以获得激光器波长的扫描范围；

光学谐振腔腔内的自由光谱范围的计算过程为：

通过以下公式计算光学谐振腔的腔内自由光谱范围：

其中，

FSR为自由光谱范围；自由光谱范围FSR单位为1/s；

c为光速；

n为腔内介质折射率；

L为腔体长度；

再通过光学线宽不同单位转换关系公式将单位由Hz转换nm：

其中，

为频率表示的线宽；

为波长表示的线宽；

λ为波长；

c为光速；

并将波长线宽与对激光器进行扫描的波长范围进行比较，从而得到一个扫描周期内能够扫到的自由光谱范围的数量，因此得知调节后的光学谐振腔模式是否正确。

与现有的技术相比，本发明具有以下优点：

本发明相比于传统的通过肉眼观察感光片上反射光光斑的位置方法，可通过可视化的反射光功率数值来对光路进行精确且快捷的调节；本发明能够保证谐振腔的前后两片腔镜的平行度保持高度精确，减小光路调节的误差；本发明中的三端环形器具有隔离器的作用，能够避免经高反镜反射回来的激光进入激光器从而形成干涉。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置的结构示意图。

图2是根据本发明实施例提供的谐振腔腔内模式的透射信号示意图。

图3是根据本发明实施例提供的基于光学增强腔模式匹配的光路准直方法的流程示意图。

图4是根据本发明实施例提供的基于光学增强腔模式匹配的光路准直方法的程序框图。

其中的附图标记包括：激光器1、三端环形器2、准直器3、第一模式匹配透镜41、第二模式匹配透镜42、第一调节反射镜51、第二调节反射镜52、光学谐振腔6、前端高反镜61、后端高反镜62、光电探测器7、示波器8、功率计9和计算机10。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例提供的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置包括：激光器1、三端环形器2、准直器3、透镜组、反射镜组、光学谐振腔、探测器装置和光功率测量装置。

激光器1为分布式反馈二极管激光器，是一种半导体激光器，输出的激光辐射角较小，有很好的稳定性，其输出的光为连续光。

激光器1发出一束激光，经三端环形器2的第一端口传输至光学系统中，再经三端环形器2的第二端口入射至准直器3；

三端环形器2由入射端、出射端和反射端组成，根据光路的实际情况，将入射端、出射端和反射端分别定义为第一端口、第二端口和第三端口，并将其第一端口与激光器1的输出端相连接、第二端口与光纤准直器3的输入端相连接、第三端口与功率计9相连接。

准直器3为光纤准直器，准直器3出射光束的光斑直径 ≤ 2 mm，发散角＜0.02°。

经准直器3的准直后形成准直光束入射至透镜组。

三端环形器2的第三端口连接有光功率测量装置。光功率测量装置包括：功率计9和计算机10。三端环形器2的第三端口与功率计9进行连接。功率计9为nW-W级的激光功率计。通过USB连接到计算机来观测功率计9的示数。

透镜组用于将光纤准直器出射的准直激光，转化为高斯光束，从而更精确地与光学谐振腔6的腔内模式进行匹配。透镜组包括：第一模式匹配透镜41和第二模式匹配透镜42；第一模式匹配透镜41和第二模式匹配透镜42沿光轴方向依次放置。第一模式匹配透镜41和第二模式匹配透镜42是焦距为50 mm的紫外熔融石英双凸透镜。

准直镜3、第一模式匹配透镜41和第二模式匹配透镜42之间由笼式同轴系统装配而成，能够精确地保证三者的同轴性。并且第一模式匹配透镜41和第二模式匹配透镜42之间的距离、模式匹配透镜与腔镜之间的距离均由高斯光束的参数变换规律计算而得。

准直光束依次经过第一模式匹配透镜41和第二模式匹配透镜42的两次透射后形成高斯光束入射至反射镜组。

反射镜组包括：第一调节反射镜51和第二调节反射镜52；

高斯光束依次经过第一调节反射镜51和第二调节反射镜52的两次反射后入射至光学谐振腔6中。

光学谐振腔6为高精度法布里-珀罗谐振腔，光学谐振腔6包括：殷钢材质的腔体、前端高反镜61和后端高反镜62；光学谐振腔6的前端和后端分别设置有前端高反镜61和后端高反镜62。前端高反镜61和后端高反镜62为反射率＞99.99%的高反镜。光学谐振腔6的前端高反镜61和后端高反镜62在调节过程中，均放在三轴超稳镜架内。通过调节三轴超稳镜架的位置与角度，以调节前端高反镜61和后端高反镜62的位置与角度。

首先对后端高反镜62的位置进行调节：

将位于光学谐振腔6后端的后端高反镜62放置在光路中，并同时观察与三端环形器2第三端口相连接的功率计9，对后端高反镜62的角度与位置进行调节，当功率计9测得的反射光功率达到最大时，说明反射光路按照原路返回；具体调节过程如下：

利用近红外感光片观察后端高反镜62上的光斑位置，调节后端高反镜62的放置位置，将光斑位于后端高反镜62的中心，然后调节后端高反镜62所对应的三轴超稳镜架的角度，同时观察由三端环形器2第三端口连接的光功率计9，利用近红外感光片观察后端高反镜62上反射光斑，使得反射光斑大致与透射光斑重合；

此处将入射至后端高反镜62的光束称之为入射光束，将后端高反镜62反射出的光束称之为反射光束；

近红外感光片中间设置有小孔，近红外感光片放置后端高反镜62的前方，在当入射光束透过近红外感光片时会在近红外感光片上形成入射光斑，当发射光束透过近红外感光片原路返回时会在近红外感光片上形成反射光斑，当观察到反射光斑和入射光斑同时穿过近红外感光片中间的小孔时，即视为反射光斑和入射光斑重合。

此时第三端口连接的光功率计9的示数会由nW量级提升至μW量级甚至mW量级，然后在对后端高反镜62的角度进行微调，并同时观察第三端口连接的光功率计9的示数，直至光功率计9的示数最大时，即可说明由谐振腔后方的后端高反镜62反射回的光按照入射光的方向原路返回，即谐振腔后方的后端高反镜62完全垂直于激光光路。完成对后端高反镜62的调节过程。

其次对前端高反镜61的位置调节过程与后端高反镜62的调节过程相同，包括：

将位于光学谐振腔6前端的前端高反镜61放置在光路中，并同时观察与三端环形器2第三端口相连接的功率计9，通过三轴超稳镜架对前端高反镜61的角度与位置进行调节，直至功率计9的示数达到最大值，即由前端高反镜61反射回的光束按照入射光的方向原路返回，说明前端高反镜61也完全垂直于激光光路，完成对前端高反镜61的调节过程。

经过上述调节过程后，通过分别对前端高反镜61和后端高反镜62进行调节后能够确认两片高反腔镜精确地平行，且完全垂直于入射光路，从而完成含有光学增强腔的腔衰荡或腔增强系统中的光路准直调节，形成光学谐振腔6。

高斯光束经过光学谐振腔6后入射至探测器装置。

探测器装置包括：光电探测器7和示波器8。在对腔内模式调节过程时，对光学谐振腔6透射光的探测中，光电探测器7是放大增益可调（最高70 dB）的铟镓砷探测器，因而能对微弱的光学谐振腔透射光进行探测。

图2示出了根据本发明实施例提供的谐振腔腔内模式的透射信号示意图。

此时，光学谐振腔6的腔内可能会存在着多种高阶模，此时对第一调节反射镜51和第二调节反射镜52的角度进行微调，从而实现对光学谐振腔6腔内模式的调节。

当观察到接收透射光的光电探测器7连接示波器8的波形调节至如图2所示时，即将腔内模式调节至只有基模，腔内模式完毕。通过计算谐振腔的自由光谱范围与激光器波长的扫描范围，可判断光学谐振腔6模式的调节是否正确；计算过程如下：

在光学谐振腔的腔内模式调节过程中：首先对激光器的电流进行低频率的锯齿波扫描，从而实现对激光器波长进行扫描，得到激光器的波长范围。

其次通过以下公式计算光学谐振腔的腔内自由光谱范围：

其中，

FSR为自由光谱范围；自由光谱范围FSR单位为1/s；

c为光速；

n为腔内介质折射率；

L为腔体长度。

再通过光学线宽不同单位转换关系公式将单位由Hz转换nm：

其中，

为频率表示的线宽；

为波长表示的线宽；

λ为波长；

c为光速。

并将其与对激光器进行扫描的波长范围进行比较，从而得到一个扫描周期内能够扫到的自由光谱范围的数量，因此能够得知调节的光学谐振腔模式是否正确。

在本发明的一个实施例中：

图2示出了腔内模式在一个扫描周期内的波形图，如果利用上述公式算得到FSR为0.3 nm，在扫描激光器波长时，扫描宽度是已知的（设定值），若定的扫描宽度为1 nm，那么腔内模式波形图中看到的就应该是1/0.3，即3个基模（3条竖线），则调节后的光学谐振腔模式正确。

图3示出了根据本发明实施例提供的基于光学增强腔模式匹配的光路准直方法的流程示意图。

如图3所示，本发明实施例提供的基于光学增强腔模式匹配的光路准直方法包括以下步骤：

S1、激光器发出激光光束，经过三端环形器的第一端口和第二端口入射至准直器中，经准直器的准直后形成准直光束，准直光束依次经过第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜的透射后形成高斯光束；

S2、高斯光束入射至光学谐振腔内部，根据与三端环形器的相连接的功率计示数依次对后端高反镜和前端高反镜的位置进行调节，直至光学谐振腔内的后端高反镜和前端高反镜互相平行且垂直于高斯光束。

图4示出了根据本发明实施例提供的基于光学增强腔模式匹配的光路准直方法的程序框图。

如图4所示，步骤S2包括以下步骤：

S21、对后端高反镜的位置调节过程包括：

将位于光学谐振腔6后端的后端高反镜62放置在光路中，并同时观察与三端环形器2第三端口相连接的功率计9，对后端高反镜62的角度与位置进行调节，当功率计9测得的反射光功率达到最大时，说明反射光路按照原路返回；具体调节过程如下：

利用近红外感光片观察后端高反镜62上的光斑位置，调节后端高反镜62的放置位置，将光斑位于后端高反镜62的中心，然后调节后端高反镜62所对应的三轴超稳镜架的角度，同时观察由三端环形器2第三端口连接的光功率计9，利用近红外感光片观察后端高反镜62上反射光斑，使得反射光斑大致与透射光斑重合，此时第三端口连接的光功率计9的示数会由nW量级提升至μW量级甚至mW量级，然后在对后端高反镜62的角度进行微调，并同时观察第三端口连接的光功率计9的示数，直至光功率计9的示数最大时，即可说明由谐振腔后方的后端高反镜62反射回的光按照入射光的方向原路返回，即谐振腔后方的后端高反镜62完全垂直于激光光路。完成对后端高反镜62的调节过程。

S22、对前端高反镜的位置调节过程包括：

将位于光学谐振腔6前端的前端高反镜61放置在光路中，并同时观察与三端环形器2第三端口相连接的功率计9，通过三轴超稳镜架对前端高反镜61的角度与位置进行调节，直至功率计9的示数达到最大值，即由前端高反镜61反射回的光束按照入射光的方向原路返回，说明前端高反镜61也完全垂直于激光光路，完成对前端高反镜61的调节过程。

经过上述调节过程后，通过分别对前端高反镜61和后端高反镜62进行调节后能够确认两片高反腔镜精确地平行，且完全垂直于入射光路，从而完成含有光学增强腔的腔衰荡或腔增强系统中的光路准直调节，形成光学谐振腔6。

S3、根据示波器显示的波形对后端高反镜和前端高反镜的位置进行微调以对光学谐振腔的腔内模式进行调节。

S4、计算光学谐振腔腔内的自由光谱范围并与激光器波长的扫描范围进行比较，判断光学谐振腔的腔内模式的调节是否正确。

通过对激光器的电流进行低频率的锯齿波扫描以获得激光器波长的扫描范围。

光学谐振腔腔内的自由光谱范围的计算过程为：

通过以下公式计算光学谐振腔的腔内自由光谱范围：

其中，

FSR为自由光谱范围；自由光谱范围FSR单位为1/s；

c为光速；

n为腔内介质折射率；

L为腔体长度。

再通过光学线宽不同单位转换关系公式将单位由Hz转换nm：

其中，

为频率表示的线宽；

为波长表示的线宽；

λ为波长；

c为光速。

并将其与对激光器进行扫描的波长范围进行比较，从而得到一个扫描周期内能够扫到的自由光谱范围的数量，因此能够得知调节的光学谐振腔模式是否正确。

本发明所提供的一种光学增强腔中模式匹配的光路准直简化方法，相比较于传统的利用感光片观察反射光斑的位置，避免了调解过程中的不确定性与随机性，增加了三端环形器与光功率计对反射光的功率进行监测，为准直调节的过程提供了反射光功率这一可视化参数，能够确保调解过程中，谐振腔的前后两面高反腔镜完全平行，形成谐振腔，为自动化调腔提供了新思路。

另一方面，在形成光学谐振腔后，本发明还涉及到高斯光束模式匹配与光学谐振腔的腔内模式调节，其调节过程如下，激光器光源经准直器出射后为准直光，经过两片模式匹配透镜后，变成高斯光束进入准直调节区域，通过调节光学增强腔模式匹配的光路调节结构示意图中的调节反射镜的角度，改变激光入射进光学谐振腔位置，同时观察观察到接收透射光的光电探测器连接示波器的波形，从而对腔内模式进行调节。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，其特征在于，包括：激光器、三端环形器、准直器、透镜组、反射镜组、光学谐振腔、探测器装置和光功率测量装置；

所述激光器发出一束激光光束，经所述三端环形器的第一端口和第二端口入射至所述准直器；激光光束经所述准直器的准直后形成准直光束入射至所述透镜组；所述透镜组用于将所述准直光束转化为高斯光束，使其与所述光学谐振腔的腔内模式进行匹配；所述高斯光束经过所述反射镜组后入射至所述光学谐振腔；

所述光学谐振腔包括：腔体、前端高反镜和后端高反镜；所述前端高反镜和后端高反镜为反射率＞99.99%的高反镜；

所述三端环形器还包括有第三端口，所述第三端口与所述光功率测量装置进行连接；

所述高斯光束水平入射至所述光学谐振腔内部，依次对所述后端高反镜和前端高反镜的位置进行调节，当所述高斯光束经所述后端高反镜或前端高反镜反射后的反射光束全部入射至所述三端环形器第三端口连接的光功率测量装置中时，即所述光功率测量装置达到最大值时，所述后端高反镜和前端高反镜为互相平行且垂直于所述高斯光束；

从而完成光路准直调节，形成所述光学谐振腔；高斯光束经过光学谐振腔后入射至所述探测器装置；

所述光路准直装置还包括反射镜组，所述反射镜组位于所述透镜组和所述光学谐振腔之间，用于改变所述高斯光束的水平位置；

所述反射镜组包括：第一调节反射镜和第二调节反射镜；所述高斯光束依次经过所述第一调节反射镜和第二调节反射镜的两次反射后入射至所述光学谐振腔；

所述准直器为光纤准直器，所述准直器出射光束的光斑直径 ≤ 2 mm，发散角＜0.02°；

所述透镜组用于将所述准直器出射的准直光束转化为高斯光束；

所述透镜组包括：第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜；

所述第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜是焦距为50 mm的紫外熔融石英双凸透镜；

所述准直器、第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜之间由笼式同轴系统装配而成，用于保证三者同轴。

2.根据权利要求1所述的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，其特征在于，所述光功率测量装置包括：功率计和计算机；

所述功率计为nW-W级的激光功率计，用于监控反射光束的光功率；

所述计算机用于观测所述功率计的示数；

所述探测器装置包括：光电探测器和示波器；

所述光电探测器为铟镓砷探测器，用于对所述光学谐振腔的透射光束进行探测，将光信号转为电信号后传输至所述示波器；

所述示波器用于显示和监控所述光学谐振腔的透射光束的波形。

3.根据权利要求2所述的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，其特征在于，所述三端环形器由入射端、出射端和反射端组成，根据光路的实际情况，将入射端、出射端和反射端分别定义为第一端口、第二端口和第三端口，并将所述第一端口与所述激光器的输出端相连接、所述第二端口与所述准直器的输入端相连接、所述第三端口与所述功率计相连接。

4.根据权利要求3所述的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置，其特征在于，

所述前端高反镜和后端高反镜在调节过程中，均放在三轴超稳镜架内；通过调节所述三轴超稳镜架的位置与角度，以调节所述前端高反镜和后端高反镜的位置与角度。

5.一种利用如权利要求1-4任一项所述的基于光学增强腔模式匹配的光路准直装置进行实现的准直方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述激光器发出激光光束，经过所述三端环形器的第一端口和第二端口入射至所述准直器中，经所述准直器的准直后形成准直光束，所述准直光束依次经过第一模式匹配透镜和第二模式匹配透镜的透射后形成所述高斯光束；

S2、所述高斯光束入射至所述光学谐振腔内部，根据功率计示数依次对所述后端高反镜和前端高反镜的位置进行调节，直至所述光学谐振腔内的后端高反镜和前端高反镜互相平行且垂直于所述高斯光束；所述步骤S2包括以下步骤：

S21、对后端高反镜的位置进行调节，过程包括：

将位于所述光学谐振腔后端的后端高反镜放置在光路中，利用近红外感光片观察所述后端高反镜上的光斑位置，通过调节所述后端高反镜的放置位置直至所述光斑位于所述后端高反镜的中心；

然后微调节所述后端高反镜所对应的三轴超稳镜架的角度，同时观察所述功率计，直至所述功率计的示数最大时，即由所述后端高反镜反射的光束原路返回，所述后端高反镜完全垂直于激光光路，完成对所述后端高反镜的调节过程；

S22、对前端高反镜的位置进行调节，过程包括：

将位于所述光学谐振腔前端的前端高反镜放置在光路中，利用近红外感光片观察所述前端高反镜上的光斑位置，通过调节所述前端高反镜的放置位置直至所述光斑位于所述前端高反镜的中心；

然后微调节所述前端高反镜所对应的三轴超稳镜架的角度，同时观察所述功率计，直至所述功率计的示数最大时，即由所述前端高反镜反射的光束原路返回，所述前端高反镜也完全垂直于激光光路，完成对所述前端高反镜的调节过程；

经过上述调节过程后，确认所述后端高反镜和前端高反镜精确地平行，且完全垂直于激光光路，从而完成含有光学增强腔的腔衰荡或腔增强系统中的光路准直调节，形成光学谐振腔；

S3、根据示波器显示的波形对所述后端高反镜和前端高反镜的位置进行微调以对所述光学谐振腔的腔内模式进行调节；

S4、计算所述光学谐振腔腔内的自由光谱范围并与所述激光器波长的扫描范围进行比较，判断所述光学谐振腔的腔内模式的调节是否正确。

6.根据权利要求5所述的基于光学增强腔模式匹配的光路准直方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

通过对所述激光器的电流进行低频率的锯齿波扫描以获得所述激光器波长的扫描范围；

所述光学谐振腔腔内的自由光谱范围的计算过程为：

通过以下公式计算所述光学谐振腔的腔内自由光谱范围：

其中，

FSR为自由光谱范围；自由光谱范围FSR单位为1/s；

c为光速；

n为腔内介质折射率；

L为腔体长度；

再通过光学线宽不同单位转换关系公式将单位由Hz转换nm：

其中，

为频率表示的线宽；

为波长表示的线宽；

λ为波长；

c为光速；

并将所述波长线宽与对所述激光器进行扫描的波长范围进行比较，从而得到一个扫描周期内能够扫到的自由光谱范围的数量，因此得知调节后的光学谐振腔模式是否正确。