自動(dòng)鎖定的高階厄米高斯模的產(chǎn)生.pdf

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1、撒與光電子學(xué)進(jìn)展Laser＆0ptoelectronicsProgress~2014(中國(guó)激光》雜志社自動(dòng)鎖定的高階厄米高斯模的產(chǎn)生孫恒信劉奎劉尊龍張俊香郜江瑞山西大學(xué)光電研究所量子光學(xué)與光量子器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030006摘要采用人射光與諧振腔模式失配的方法利用模式轉(zhuǎn)換腔將基模高斯光束轉(zhuǎn)換成高階厄米高斯模；基于不同階模式對(duì)應(yīng)的共振腔長(zhǎng)非簡(jiǎn)并和輸出幅度非簡(jiǎn)并的特性，設(shè)計(jì)了一種用于光學(xué)模式轉(zhuǎn)換腔模式自動(dòng)搜尋與鎖定伺服系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)上獲得了穩(wěn)定的厄米高斯模TEM。。，TEM。和TEM。。關(guān)鍵詞激光光學(xué)；自動(dòng)搜索；自動(dòng)鎖定；高階厄米高斯模；比例積分微分；模式轉(zhuǎn)換腔中圖分類號(hào)TN91

2、1．8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼Adoi：10．3788／LOP51．061406GenerationofAut0一LockedHigh-OrderHermite—GaussModesSunHengxinLiuKuiLiuZunlongZhangJunxiangGaoJiangruiStateKeyLaboratoryofQuantumOpticsandQuantumOpticsDevices，InstituteofOpto—ElectronicsShanxiUniversity，Taiyuan，Shanxi030006，ChinaAbstractHigh-orderHermite—Gaussmod

3、esaretransformedfromfundamentalGaussmodeusingmodeconvertercavitybymode—mismatchingtechniquebetweeninputbeamandcavity．BasedonthenondegenerationofresonantcavitylengthsandOUtputamplitudesofdifferentorderHermite—Gaussmodes，anauto—searchingandauto—‘lockingservosystemofcavityforhigh—。ordermodegenerat

4、ionisrealizedandstableHermite—GaussmodesofTEMo0，TEMl0andTEMz0areobtainedexperimentally．Keywordslaseroptics；auto—‘searching；auto—。locking；high—’orderHermite—。Gaussmodes；proportionalintegralderivative；modeconvertercavityoCIScodes140．3410；030．40701引言近年來，激光多橫模技術(shù)由于其豐富的信息量而受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注，例如空間壓縮糾纏源的產(chǎn)生，微腔

5、內(nèi)原子的位置與動(dòng)量的測(cè)量，生物細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)及激光相干合成提高輸出功率等，?？臻g多橫模的產(chǎn)生可以由高階模式運(yùn)轉(zhuǎn)的非簡(jiǎn)并的光學(xué)諧振腔作為模式轉(zhuǎn)換腔來產(chǎn)生，通過平移輸入基模光束或傾斜腔前透鏡(模式失配)，在腔內(nèi)激發(fā)出高階的厄米高斯模，并通過鎖定腔長(zhǎng)選擇不同模式共振，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)階數(shù)的激光模式輸出。特別是目前高階模壓縮光、空間壓縮糾纏源的產(chǎn)生都是基于這種運(yùn)轉(zhuǎn)于高階模的光學(xué)參量振蕩腔。然而，這種情況下諧振腔內(nèi)激發(fā)出來的高階模較多、腔長(zhǎng)近簡(jiǎn)并，如何準(zhǔn)確選擇模式、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)就成為實(shí)現(xiàn)高階模激光產(chǎn)生與運(yùn)轉(zhuǎn)的主要問題。一般情況下，受各種干擾(地面振動(dòng)、周圍機(jī)器和人的聲音、光源本身的頻率和幅度的抖動(dòng)等)的影

6、響，即便是運(yùn)轉(zhuǎn)于基模，諧振腔都必須鎖定才能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。而模式轉(zhuǎn)換腔的穩(wěn)定工作更加困難，因?yàn)橐环矫嫣５臋C(jī)率大大增加，另一方面越高階的模式，其誤差信號(hào)的信噪比越小，也就越難以穩(wěn)定鎖定。邊帶穩(wěn)頻技術(shù)由于其誤差提取準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)和反饋速度快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于激光器穩(wěn)頻、光學(xué)腔的鎖定及光束相對(duì)相位的鎖定中。通過邊帶穩(wěn)頻技術(shù)提取到誤差信號(hào)后，需要伺服放大系統(tǒng)對(duì)誤差進(jìn)行處理后反饋到諧振腔的壓電陶瓷上。通常采用比例積分微分控制器(PID)和高壓放大器來構(gòu)成伺服系統(tǒng)，其過程大致為：監(jiān)視諧振腔的透射光(或反射光)的直流電壓信號(hào)及邊帶誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)PID的預(yù)偏置使收稿日期：2014—02—27；收到

7、修改稿日期：2014-03—27；網(wǎng)絡(luò)出版日期：2014—05—15基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(11274212)、國(guó)家973計(jì)劃(2Ol0cB923102)作者簡(jiǎn)介：孫恒信(1984一)，男，博士研究生，主要從事量子光學(xué)與激光技術(shù)等方面的研究。E—mail：hxsun@sxu．edu．a(chǎn)n導(dǎo)師簡(jiǎn)介：郜江瑞(1962一)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事量子光學(xué)與激光技術(shù)等方面的研究。E—mail：jrgao@sxu．edu．cn(通信聯(lián)系人)061406-