[发明专利]一种测量倍频腔倍频效率的方法

说明书

本发明公开了一种测量倍频腔倍频效率的方法，该方法改进了原有技术由于忽略腔内损耗造成的误差扩大和使用受限，使得可以在损耗存在的情况下测量倍频效率，该方法整个测量过程都避免使用光功率计，只使用同一光电探测器测量同一波长，不存在因为校准功率探头产生的不确定度，系统误差可以大幅减小。该方法还可以不进行锁腔就完成测量，测量效率快，有益于倍频腔初期调试和参数选择，避免由于初期系统不稳定导致测量效率重复性差，影响对参数的调整。

技术领域

本发明涉及激光腔外倍频技术领域，尤其涉及一种测量倍频腔倍频效率的方法。

背景技术

近年来激光腔外倍频技术在基础科学领域的应用广泛，尤其是冷原子物理、精密测量物理等实验上会需要某些特殊波长的连续单频激光。腔外使用谐振腔相比于单次通过等其他腔外倍频方式，通常是提高倍频效率最为有效途径，通过谐振腔使得基频光在腔内形成共振达到增加基频功率的效果，从而提高倍频效率。所以倍频效率是表征一个倍频腔性能的关键指标。

常见的倍频腔倍频效率测量是在腔锁定之后测量倍频光功率和入射的基频光功率，二者的比值即为倍频效率。这种功率的测量需要使用光功率计，该方式引入了功率探头的测量不确定度。商用功率探头的测量不确定度一般在正负2％至正负5％，这种不确定度通常由于功率校准产生，和波长关系密切，尤其是像倍频腔产生的特殊波长激光，通常商用仪器不会在这些波长下进行校准，不确定度比校准使用的波长要大。而倍频效率计算更是需要两个波长的功率值，其不确定度也无法通过计算消除，所以倍频效率的计算误差非常大。这非常不利于对倍频腔的评估，以及在测试阶段对倍频腔效率的优化。

在现有技术中，研究人员通过使用光电探测器测量入射镜的反射光，在谐振腔共振和非共振情况下反射光不同的光强反映在光电探测器不同的电压值上，计算二值之比可以得到基频光消耗率，其在腔损不计的情况下近似等于倍频效率(参考文献Ast S,Nia RM,et al.High-efficiency frequency doubling of continuous-wavelaser light[J].Optics letters,2011,36(17):3467-3469.)。利用这种方法可以避免使用功率计，只使用同一光电探测器测量同一波长，不存在因为校准功率探头产生的不确定度，系统误差可以大幅减小。而该方法的不足之处在于认为腔内损耗小于误差棒，所以忽略了腔内损耗的存在，并在计算中把损耗也算在倍频转换的消耗内。对于一个腔内损耗很小的倍频腔，这种近似是合理的。但是实际情况中低损耗的倍频腔很少有条件实现，由于晶体的吸收和散射、腔镜镀膜的不完美或者低非线性系数晶体的使用，使得损耗相对于非线性转换过程不能直接忽略，否则造成的误差非常之大。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量倍频腔倍频效率的方法，具有测量效率高与测量精确度高的优点，且适用于各种腔型的倍频腔。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种测量倍频腔倍频效率的方法，包括：

利用反光镜、光电探测器及衰减片搭建测量光路，其中光电探测器的输出信号连接到示波器；然后，执行如下步骤：

将入射光功率调到最大或需测功率值，在示波器上观察并记录在谐振腔共振与非共振情况下反射光分别对应的电压值V_{1_min}与V_{1_max}；

把入射光功率调到最低，如果示波器示数低于预设值则将衰减片衰减调低或去掉，使示波器上能观察到符合要求的电压值，调节倍频腔中非线性晶体温度使之远离最佳匹配温度，即使非线性晶体温度完全失配，再次记录倍频腔在共振和非共振情况下反射光分别对应的电压值V_{2_min}与V_{2_max}；

将光电探测器遮住，测量并记录其0功率输入状态的电压值V₀；