本文将从个人实验操作经验的角度出发，向大家介绍光-腔模式匹配的原理方法及光路调节技巧。

谐振腔模式匹配过程需要用到仪器如下：

1. 光束质量分析仪；

2. 红外观察仪；

3. 光电探测器；

4. CCD相机；

5. 示波器。

一、模式匹配原理与步骤

对于几何参数给定的谐振腔，根据自再现条件[1]可以确定一个腰斑的位置和大小，我们一般称之为本征腰斑。让输入光束经过透镜、反射镜作用之后聚焦的位置和大小与腔本征腰斑相同的过程就是光-腔模式匹配。其步骤如下：

1) 根据谐振腔的参数确定谐振腔的本征腰斑的位置及大小。

2) 确定输入光束的腰斑位置及大小。由于高斯光束的光斑大小随着传播距离成双曲线变化，因此可通过光束质量分析仪测量输入光束在传播路径上几个不同位置的光斑大小，然后采用曲线拟合即可确定腰斑。

3) 选择一个或多个焦距合适的透镜将光束聚焦到腔本征腰斑处：一般而言两个透镜组成的透镜组可以满足大部分应用场合。透镜摆放好之后，可通过光束质量分析仪检查输入光的腰斑分布情况是否与腔的本征腰斑接近。

4) 调整腔前的一对反射镜的高低左右，让入射光耦合进腔内并发生共振，进而根据共振信号的状态微调反射镜及透镜位置，优化模式匹配效果。

需要说明的是，上面步骤1~3为透镜选择，涉及到一定的理论计算，具体公式请参见参考文献[1]。最后一步为光路调节，即调节腔内光线闭合，以达到共振，相关实验技巧将在下文中给出。

二、光路调节技巧

谐振腔的工作原理是基于腔内多光束干涉，而发生干涉的一个基本条件就是光束空间上的重合，这就要求我们非常精准地控制光束的指向从而耦合进谐振腔。光-腔耦合的步骤如下：

1) 将输入光束准直到谐振腔的高度，采用的是大家熟知的“双光阑法”，示意图如下。即在光束传播路径的一前一后放置两个光阑，在空间允许的情况下，两个光阑的距离尽可能大。调节的口诀是“远的调近的，近的调远的”：调节反射镜M1让光线穿过光阑1，调节反射镜M2让光线穿过光光阑2，如此往复，直到光束同时穿过两个光阑中心。

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