一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配方法及系统与流程

1.本发明涉及激光器领域，具体涉及一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配方法及系统。


背景技术：

2.超稳激光具有极低的频率噪声、极高的相干性、优良的中短期频率稳定度等特点，是高分辨率激光光谱学、光学频率精密控制以及精密测量物理的核心光源，在冷原子光钟、测地学、引力波探测等方面有着广泛的应用。正是由于超稳激光具有广泛的应用，国内外许多研究小组竞相开展了基于pound-drever-hall(pdh)稳频技术的超稳激光器(usl)研制工作，而pdh稳频技术的核心就在于整套超稳激光器系统中的f-p参考腔。在实验室条件下工作的超稳激光器，环境较为稳定，但随着科研的不断深入与探索，在许多非实验室环境甚至外太空环境中都需要具有极高频率稳定度的超稳激光，如可搬运的光钟系统、空间引力波探测等，因此对适用于可搬运及空间应用的超稳激光器进行研究具有十分重要的意义和价值。
3.超稳激光器的可搬运及应用仍面临诸多的科学和技术问题，核心问题之一是入腔激光与f-p腔在搬运情况及空间任务中难以保持所需高精度的模式匹配，主要是因为搬运过程中的颠簸及火箭发射过程中的力学震动会导致f-p腔体发生偏移，进而直接导致入腔激光与f-p腔体模式匹配恶化甚至直接导致匹配失效，从而使得整套超稳激光器性能下降，甚至出现激光频率的失锁。目前主要的解决办法分为两种，一种是改进腔体的形状结构，另一种是改进腔体的支撑方式，但这两种方法都只能被动补偿腔体在力学震动中的偏移，而不能有效彻底地抑制力学震动对腔体偏移的影响。
4.因此，如何精确测量f-p腔体在承受力学震动后的偏移量，进而对f-p腔体偏移进行光路主动补偿，实现入腔激光与fs腔体在搬运情况及空间任务中保持高精度模式匹配，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

5.本发明的第一个目的在于，提供一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配方法。
6.为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
7.一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配方法，包括以下步骤：
8.s1：激光光束通过第一分光棱镜后透射光经f-p腔反射后形成信号光，信号光在电荷耦合元件上进行探测并标定；
9.s2：超稳激光器经过振动等原因产生偏移；
10.s3：通过电荷耦合元件ccd探测光斑判断光斑质心位置是否变化：
11.激光光束经过f-p腔反射，经1/4波片、由偏振分光棱镜反射经过第二分光棱镜后，透射光进入电荷耦合单元探测信号光光斑质心位置；
12.s4:s3探测光斑位置未发生变化，激光器正常工作直接射入f-p腔；
13.或，s3探测光斑位置发生变化，控制压电陶瓷驱动器驱动压电陶瓷产生位移，使得快反镜镜片绕自身竖直轴和/或水平轴旋转，调整激光指向直至激光重新耦合入f-p腔。
14.在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
15.作为本发明的优选技术方案：电荷耦合元件ccd探测到反射光斑后，利用如下灰度质心算法来计算光斑质心位置：
[0016][0017]
式中：x
ij
表示计算像素点的x坐标，y
ij
表示计算像素点的y坐标，i
ij
表示计算像素点的光强值。
[0018]
作为本发明的优选技术方案：s3探测光斑位置发生变化时，包括以下步骤：第一快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴逆时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴顺时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入腔；
[0019]
若上述旋转方向导致光斑位置发生偏离，则先将第一快速控制反射镜及第二快速控制反射镜复原至最初的状态，第一快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴顺时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴逆时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入腔；
[0020]
若两组方向的旋转都不满足误差范围，则在两个快反镜绕自身竖直轴转动到误差最小的状态下使得两个快反镜镜片在竖直轴方向保持不动，第一快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身水平轴逆时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身水平轴顺时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入腔；
[0021]
若上述旋转方向导致光斑位置发生偏离，则先将第一快速控制反射镜及第二快速控制反射镜绕自身水平轴复原至最初的状态，第一快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身水平轴顺时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身水平轴逆时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入腔。
[0022]
本发明的第二个目的在于，提供一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统。
[0023]
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
[0024]
一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统，其特征在于：在激光光轴上依次设置第一分光棱镜、1/2波片、偏振分光棱镜、第一快速控制反射镜、第二快速控制反射镜、1/4波片、入腔反射镜、f-p腔；在偏振分光棱镜的反射光路中设置第二分光棱镜，在第二
分光棱镜的透射光路中设置电荷耦合单元ccd；激光光束射入第一分光棱镜后透射光射向f-p腔，入腔后经f-p腔反射，再经过1/4波片，由偏振分光棱镜反射经过第二分光棱镜后，透射光进入电荷耦合单元探测信号光光斑质心；电荷耦合元件ccd测量反射光斑的质心位置变化；电荷耦合元件通过szt(压电陶瓷)驱动器驱动压电陶瓷进行位移从而驱动第一快速控制反射镜和/或第二快速控制反射镜，控制第一快速控制反射镜镜片和/或第二快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴和/或水平轴旋转以调整激光指向使激光重新耦合入f-p腔。
[0025]
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
[0026]
作为本发明的优选技术方案：第一快速控制反射镜的反射面呈45
°
左右；所述第二快速控制反射镜的反射面呈45
°
左右；第一快速控制反射镜镜面与第二快速控制反射镜镜面的不同旋转方向可以产生不同的光轴轨迹，以实现对光轴的调整。
[0027]
作为本发明的优选技术方案：所述压电陶瓷驱动器电路驱动第一快速控制反射镜内部的压电陶瓷产生位移，带动第一快速控制反射镜绕自身竖直轴和/或水平轴旋转，实现激光的平移及俯仰指向调整以实现入腔匹配功能；和/或，所述压电陶瓷驱动器电路驱动第二快速控制反射镜内部的压电陶瓷产生位移，带动第二快速控制反射镜绕自身竖直轴和/或水平轴旋转，实现激光的平移及俯仰指向调整以实现入腔匹配功能。
[0028]
与现有技术相比，本发明提供的一种基于快反镜的超稳激光器自动补偿入腔匹配方法及系统，利用电荷耦合元件实现对光斑质心位置的探测，实现对入腔反射回来光束的高精度光斑位置判断，进而实现对f-p腔体方位及俯仰的测量，获得f-p腔体的整体偏移量；并通过控制连接的压电陶瓷(pzt)驱动器精确调节相对设置的一对快反镜的角度以实现激光光路的精密调整，使得光束指向精密测量与光路精密调整形成闭环，实现对f-p腔体位置偏移的自动补偿。本发明的基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配方法及系统，与以往的改进f-p腔体形状结构及改进f-p腔支撑方式这两种被动降低f-p腔体受冲击后的位置偏移不同，而是提供了一种新的激光自动补偿入腔匹配技术，针对f-p腔体的位置偏移，形成了光束指向精密测量与光路精密调整的闭环，实现了f-p腔体位置偏移的光路自动补偿。本发明提供的基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统，结构简单、自动补偿机制完善、自动化程度高、对于f-p腔体偏移之后补偿回来的入腔匹配，入腔匹配效率高、精度高，在可搬运场景下甚至空间应用中的超稳激光器、光通信领域拥有广泛的应用前景。
附图说明
[0029]
图1为本发明所提供的一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统的流程图；
[0030]
图2为本发明所提供的基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统的结构示意图；
[0031]
图3为本发明所提供的快速控制反射镜对的激光光路调整示意图；
[0032]
附图中，第一分光棱镜1-1；第二分光棱镜1-2；1/2波片2；偏振分光棱镜3；第一快速控制反射镜4-1；第二快速控制反射镜4-2；1/4波片5；入腔反射镜6；f-p腔7；电荷耦合元件ccd8；压电陶瓷(pzt)驱动器驱动电路9。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
[0034]
结合图2、图3所示，本发明的一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统，包括第一分光棱镜1-1、第二分光棱镜1-2、1/2波片2、偏振分光棱镜3、第一快速控制反射镜4-1、第二快速控制反射镜4-2、1/4波片5、入腔反射镜6、f-p腔7、电荷耦合元件ccd8、压电陶瓷(pzt)驱动器驱动电路9。沿光轴依次放置第一分光棱镜1-1、1/2波片、偏振分光棱镜3、第一快速控制反射镜4-1、第二快速控制反射镜4-2、1/4波片5、入腔反射镜6、f-p腔7、电荷耦合元件ccd8、第二分光棱镜1-2放置在偏振分光棱镜3的反射光路中、ccd7放置于第二分光棱镜1-2的透射光路中，驱动电路9分别驱动第一快速控制反射镜4-1、第二快速控制反射镜4-2旋转，以控制其反射角度。
[0035]
经f-p腔7表面反射回来的激光称为信号光，信号光再次经过1/4波片5、第二快速控制反射镜4-2以及第一快速控制反射镜4-1后，由偏振分光棱镜3反射。反射的激光经过第三分光棱镜1-3后，透射进入电荷耦合元件ccd8。
[0036]
超稳激光器经过振动前，电荷耦合元件ccd8所测得的信号光光斑质心位置被首先记录下来，超稳激光器经过振动后会导致f-p腔7腔体位置发生偏移，电荷耦合元件ccd8上光斑质心位置会发生变化，此时系统将通过压电陶瓷(pzt)驱动器驱动电路9分别驱动第一快速控制反射镜4-1、第二快速控制反射镜4-2旋转，以控制其反射角度，调整激光指向使激光重新耦合入腔。
[0037]
所述第一快速控制反射镜4-1的反射面成45
°
左右；所述第二快速控制反射镜4-2的反射面成45
°
左右；第一快速控制反射镜镜面与第二快速控制反射镜镜面的不同旋转方向可以产生不同的光轴轨迹，以实现对光轴的调整。
[0038]
现有技术中，使用楔形棱镜组会使得光路产生过多的反射、折射、散射等，从而会增加光路的损失和衰减，影响到光信号的强度和质量。本发明中，选用第一快速控制反射镜和第二快速控制反射镜，反射镜的反射效率可以做到很高，光线经过快反镜之后的损耗较小，可以保证所需的光信号强度。避免了楔形棱镜组对于光路调整时，因对于腔体偏移引起的光斑质心变化的数据解耦较为困难，在一定程度上无法轻易实现所需的光路补偿。
[0039]
本发明中，选用第一快速控制反射镜镜面与第二快速控制反射镜镜面组成快反镜组，对光路的调节分为平移与俯仰两部分，只需要改变第一快速控制反射镜镜面或第二快速控制反射镜镜面的水平轴、竖直轴相对位置即可，对于腔体偏移引起的光斑质心变化的数据解耦较为简便，与现有技术相比，更容易得到算法实现。
[0040]
楔形棱镜组用于调节光路时，其平移和俯仰角度的最大调节范围的公式如下：
[0041]
θ
平移max
＝arctan(d/2f)
[0042]
θ
俯仰max
＝arctan(d/2h)
[0043]
其中，d为楔形棱镜组的厚度，f为透镜的焦距，h为透镜到楔形棱镜组的距离。
[0044]
假设楔形棱镜组的厚度为2cm，透镜的焦距为10cm，透镜到楔形棱镜组的距离为20cm，那么根据公式：
[0045]
θ
平移max
＝arctan(2/2*10)＝arctan(0.1)≈5.71
°
[0046]
θ
俯仰max
＝arctan(2/2*20)＝arctan(0.05)≈2.86
°
[0047]
因此，这个楔形棱镜组在平移和俯仰方向上最大可调节的角度分别为5.71
°
和
2.86
°
。
[0048]
通过调节d、f、h参数可以改变最大可调节角度的范围，但是受限于楔形棱镜的尺寸，设计制造精度等因素，其最大可调节角度的范围一般在5
°
～10
°
，超出这个角度范围的光束，使用楔形棱镜组难以将其调整补偿回来。而本发明所使用的快反镜组，可分别实现基于水平轴、竖直轴旋转的
±
45
°
调节范围，从而实现光线可调节范围的全方位覆盖(水平，竖直均为180
°
)，当腔体偏移较大时，也可进行相应的光路补偿调节。
[0049]
本发明的一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统，在f-p腔7的前面多加了一个入腔反射镜6，如果是要进行水平腔的入腔匹配，该入腔反射镜可以取消，但是如果是要进行垂直腔的入腔匹配，该反射镜一般为垂直于水平面45
°
的反射镜，可以实现对垂直腔的入腔匹配和补偿。
[0050]
本发明的一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统，取消了四象限探测器qpd的设置，在合理范围内简化了光路，提高了效率。首先取消了四象限探测器qpd，避免了qpd数据解耦较为复杂，一定程度上无法进行相应算法的实现的问题；其次，是本发明电荷耦合元件ccd8的光斑质心位置探测的精度已经完全可以满足f-p腔腔体偏移所需的腔体补偿。
[0051]
如图1所示，本发明的基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配方法，包括以下步骤：
[0052]
s1：激光光束通过第一分光棱镜1-1后透射光经f-p腔7反射后形成信号光，信号光在电荷耦合元件ccd8上进行探测并标定；
[0053]
s2：超稳激光器经过振动等原因产生偏移；
[0054]
s3：通过电荷耦合元件ccd探测光斑判断光斑质心位置是否变化：
[0055]
激光光束经过f-p腔反射，经1/4波片5、由偏振分光棱镜3反射经过第二分光棱镜1-2后，透射光进入电荷耦合单元8探测信号光光斑质心位置；
[0056]
s4:s3探测光斑位置未发生变化，激光器正常工作直接射入f-p腔；
[0057]
或，s3探测光斑位置发生变化，控制压电陶瓷(pzt)驱动器驱动压电陶瓷产生位移，使得快反镜镜片绕自身竖直轴和/或水平轴旋转，调整激光指向直至激光重新耦合入f-p腔。
[0058]
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
[0059]
本技术中，s3探测光斑位置发生变化时，包括以下步骤：
[0060]
第一快速控制反射镜4-1内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴逆时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜4-2内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴顺时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入腔；
[0061]
若上述旋转方向导致光斑位置发生偏离，则先将第一快速控制反射镜及第二快速控制反射镜复原至最初的状态，第一快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴顺时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴逆时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入腔；
[0062]
若两组方向的旋转都不满足误差范围，则在两个快反镜绕自身竖直轴转动到误差
最小的状态下使得两个快反镜镜片在竖直轴方向保持不动，第一快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身水平轴逆时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身水平轴顺时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入腔；
[0063]
若上述旋转方向导致光斑位置发生偏离，则先将第一快速控制反射镜及第二快速控制反射镜绕自身水平轴复原至最初的状态，第一快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身水平轴顺时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身水平轴逆时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入腔。
[0064]
与现有技术相比，本发明的一种基于快反镜的超稳激光器自动补偿入腔匹配系统具有以下显著优点：
[0065]
(1)与传统的改进参考腔腔体形状结构与支撑方式的被动补偿腔体偏移的方法不同，本发明通过将光束指向精密测量与激光光路精密调整行程闭环，实现了对f-p腔腔体位置偏移的主动补偿，理论上可以彻底消除腔体偏移对入腔匹配造成的影响。
[0066]
(2)基于压电陶瓷(pzt)驱动器对快反镜的快速、高效、高精度的调整，可实现对激光光路的精密调节，与其他光路调整方法相比，两个快反镜的组合旋转调节可实现对激光光束的平移和俯仰的调节，属于二维层面上的运动方式，使整个系统具有较高的稳定性。
[0067]
(3)采用光电荷耦合器件(ccd)对激光的光斑质心进行探测，可实现对激光的方位和俯仰二维指向的测量，为驱动电路对激光光路的高精度调整提供数据支撑与基础。
[0068]
实施例1
[0069]
结合图1-图3所示，本发明的一种基于快反镜的超稳激光器自动补偿入腔匹配方法及系统中，一束20mw的激光首先经过第一分光棱镜1-1，10mw的光经过第一分光棱镜透射过去，然后经过1/2半波片调整偏振方向，再经过偏振分光镜3、第一快速控制反射镜4-1、第二快速控制反射镜4-2、1/4波片5以及入腔反射镜6后进入f-p腔7，经过f-p腔7反射回来的激光称为信号光，再次经过1/4波片、第二快速控制反射镜4-2、第一快速控制反射镜4-1后，再次进入偏振分光镜3，经偏振分光镜3反射后，进入第二分光棱镜1-3，5mw的信号光透射进入电荷耦合单元ccd8进行光斑质心位置探测。
[0070]
超稳激光器经过振动后，f-p腔7的位置发生偏移，在电荷耦合单元8上探测到的光斑质心位置发生变化。通过同时调整第一快速控制反射镜4-1和第二快速控制反射镜4-2内部的压电陶瓷产生位移，使得第一快速控制反射镜4-1和第二快速控制反射镜4-2的镜片先绕自身竖直轴同步反方向旋转，步进大小为1
°
，范围为45
°
，每旋转1
°
都通过计算判断电荷耦合元件8上的光斑质心位置是否满足误差范围以内；如不满足甚至变差，则将两个快反镜的旋转方向反向，继续同步反方向旋转，步进大小任为1
°
，范围为45
°
，每旋转1
°
都通过计算判断电荷耦合元件8上的光斑质心位置是否满足误差范围以内；若还是无法满足，则先使其绕竖直轴转动到使得误差达到最小的状态，然后不再绕竖直轴转动，然后通过同时调整第一快速控制反射镜4-1和第二快速控制反射镜4-2内部的压电陶瓷产生位移，使得第一快速控制反射镜4-1和第二快速控制反射镜4-2的镜片先绕自身水平轴同步反方向旋转，步进大
小为1
°
，范围为45
°
，每旋转1
°
都通过计算判断电荷耦合元件8上的光斑质心位置是否满足误差范围以内；如还是无法满足甚至变差，则将两个快反镜的旋转方向反向，继续同步反方向旋转，步进大小任为1
°
，范围为45
°
，直至电荷耦合元件8上的光斑质心位置满足误差范围以内。
[0071]
图3为快反镜对的光路精密调整示意图，通过压电陶瓷(szt)驱动器控制快速控制反射镜对的旋转，可以实现激光光路的光束平移及俯仰的精密指向调整。
[0072]
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配方法，包括以下步骤：s1：激光光束通过第一分光棱镜后透射光经f-p腔反射后形成信号光，信号光在电荷耦合元件上进行探测并标定；s2：超稳激光器经过振动等原因产生偏移；s3：通过电荷耦合元件ccd探测光斑判断光斑质心位置是否变化：激光光束经过f-p腔反射，经1/4波片、由偏振分光棱镜反射经过第二分光棱镜后，透射光进入电荷耦合单元探测信号光光斑质心位置；s4:s3探测光斑位置未发生变化，激光器正常工作直接射入f-p腔；或，s3探测光斑位置发生变化，控制压电陶瓷驱动器驱动压电陶瓷产生位移，使得快反镜镜片绕自身竖直轴和/或水平轴旋转，调整激光指向直至激光重新耦合入f-p腔。2.如权利要求1所述的超稳激光器自动补偿入腔匹配系统的方法，其特征在于：电荷耦合元件ccd探测到反射光斑后，利用如下灰度质心算法来计算光斑质心位置：式中：x
ij
表示计算像素点的x坐标，y
ij
表示计算像素点的y坐标，i
ij
表示计算像素点的光强值。3.如权利要求1所述的超稳激光器自动补偿入腔匹配系统的方法，其特征在于：s3探测光斑位置发生变化时，包括以下步骤：第一快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴逆时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴顺时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入腔；若上述旋转方向导致光斑位置发生偏离，则先将第一快速控制反射镜及第二快速控制反射镜复原至最初的状态，第一快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴顺时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴逆时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入腔；若两组方向的旋转都不满足误差范围，则在两个快反镜绕自身竖直轴转动到误差最小的状态下使得两个快反镜镜片在竖直轴方向保持不动，第一快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身水平轴逆时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身水平轴顺时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入腔；若上述旋转方向导致光斑位置发生偏离，则先将第一快速控制反射镜及第二快速控制反射镜绕自身水平轴复原至最初的状态，第一快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第一快速控制反射镜镜片绕自身水平轴顺时针旋转1
°
，第二快速控制反射镜内部压电陶瓷产生位移，第二快速控制反射镜镜片绕自身水平轴逆时针旋转1
°
，每旋转1
°
都通过电荷耦合元件探测到的光斑判断光斑质心位置变化是否满足误差范围，若满足则实现激光耦合入
腔。4.如权利要求1-3任一权利要求所述的基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统，其特征在于：在激光光轴上依次设置第一分光棱镜、1/2波片、偏振分光棱镜、第一快速控制反射镜、第二快速控制反射镜、1/4波片、入腔反射镜、f-p腔；在偏振分光棱镜的反射光路中设置第二分光棱镜，在第二分光棱镜的透射光路中设置电荷耦合单元ccd；激光光束射入第一分光棱镜后透射光射向f-p腔，入腔后经f-p腔反射，再经过1/4波片，由偏振分光棱镜反射经过第二分光棱镜后，透射光进入电荷耦合单元探测信号光光斑质心；电荷耦合元件ccd测量反射光斑的质心位置变化；电荷耦合元件通过szt(压电陶瓷)驱动器驱动压电陶瓷进行位移从而驱动第一快速控制反射镜和/或第二快速控制反射镜，控制第一快速控制反射镜镜片和/或第二快速控制反射镜镜片绕自身竖直轴和/或水平轴旋转以调整激光指向使激光重新耦合入f-p腔。5.如权利要求4所述的基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统，其特征在于：第一快速控制反射镜的反射面呈45
°
左右；所述第二快速控制反射镜的反射面呈45
°
左右；第一快速控制反射镜镜面与第二快速控制反射镜镜面的不同旋转方向可以产生不同的光轴轨迹，以实现对光轴的调整。6.如权利要求4所述的基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统，其特征在于：所述压电陶瓷驱动器电路驱动第一快速控制反射镜内部的压电陶瓷产生位移，带动第一快速控制反射镜绕自身竖直轴和/或水平轴旋转，实现激光的平移及俯仰指向调整以实现入腔匹配功能；和/或，所述压电陶瓷驱动器电路驱动第二快速控制反射镜内部的压电陶瓷产生位移，带动第二快速控制反射镜绕自身竖直轴和/或水平轴旋转，实现激光的平移及俯仰指向调整以实现入腔匹配功能。

技术总结
本发明的一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统及方法，激光光束通过第一分光棱镜后透射光经F-P腔反射后形成信号光，信号光在电荷耦合元件上进行探测并标定；超稳激光器经过振动等原因产生偏移；通过电荷耦合元件CCD探测光斑判断光斑质心位置是否变化：激光光束经过F-P腔反射，经1/4波片、由偏振分光棱镜反射经过第二分光棱镜后，透射光进入电荷耦合单元探测信号光光斑质心位置；S4:S3探测光斑位置未发生变化，激光器正常工作直接射入F-P腔。本发明的一种基于快反镜的超稳激光器自补偿入腔匹配系统及方法，实现了F-P腔体位置偏移的光路自动补偿，入腔匹配效率高、精度高。高。高。


技术研发人员：邓久昌 孟令强 李志超 印雄飞 边伟 贾建军 王建宇
受保护的技术使用者：国科大杭州高等研究院
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/7/25