代高阶拉盖尔 - 高斯光束的高精度干涉

该程序的总体目标是生成高纯度的高阶滞后光束，用于高精度干涉测量。这是通过首先设计和原型制作最佳相位转换图案来实现的，以使用空间光调制器模式转换器将基本模式光束转换为所需的更高模式或 de 模式，然后根据原型制作结果制造相位板转换器。第二步是将基模激光束注入制造的相位板上，以产生低纯度的光束。

产生的光束经过仔细的轮廓分析，通过透镜与所需的新光束参数相匹配，最终注入线性模式清洁器腔。接下来，线性模式清洁器腔作为注入光束的模式选择器。锁定线性模式清洁器可以将所需的 gilgo 模式与残留的不需要的模式分开，拒绝这些模式，并最终提高生成光束的整体模式纯度。

最后一步是设计在全尺寸探测器中实现 Lega GARS 模式所需性能所需的反射镜。这是通过模拟探测器的子系统并减小镜面中的某些形状，直到达到所需的性能来实现的。最终，对生成的光束的强度分布进行分析，以评估其纯度。

与现有方法相比，该技术的主要优点是它可以产生稳定的高纯度光束。这也允许在实验设置中实现高度的适应性。虽然这种方法可以改进执行高精度干涉测量，但它也可以应用于所有科学领域，例如材料加工显微镜、运动传感器、生物学等。

在阅读了有关使用相位板和空间光调制器进行模式转换的文献后，我们有了这种方法的想法。我们立即意识到，如果我们应用模式清洗技术，我们应该能够大大提高以这种方式生成的模式的纯度。在这项技术发展之后，引力波探测领域的研究人员能够探索 Leger 气体束在装置中的应用。

以引力波干涉仪为代表，包括大型干涉仪原型和采用高功率激光系统，第一步是产生纯低噪声功率稳定的基模吉安光束。这种设置的详细信息在手稿中。使用带有实时图像分析软件的光束分析仪测量沿光路的光束半径并收集至少 10 个数据点，拟合测量的半径并提取光束束腰大小和位置。

接下来，沿光路选择并放置透镜，以重塑束腰的大小和位置。将光束对准位于束腰的空间光调制器，以帮助对准反射型空间光调制器。将入射角调整为 5 度或更小，以避免生成的光束中出现像散。

现在，使用专用计算机程序将所需更高或更大 GU 光束的相位曲线应用于空间光调制器液晶显示器，此处显示的是本实验中要创建的 AL 三、三模式的相位调制曲线。这是 Spatial Light Modulator 上显示的图像。使用偏振器查看时，根据注入光束的大小选择合适的相位。

现在，Pattern size （图案大小） 与 Spatial Light Modulator 上的相位剖面重叠。左下角的插图最初显示了光束，右侧仅将相位转换模式应用于空间光调制器，将炽热图案应用于相位剖面，具有 leggos 轮廓的光与光分离，无需优化炽热角以产生大于光束发散角的一阶衍射角。使用最佳转换模式的数据来制造相位板，以取代空间光调制器。

将相位板定位在要转换的注入基模光束的腰部，非常方便。将 CCD 相机放在相位板后面，以帮助对齐。监控摄像头输出，仔细对齐相位板，使其垂直于初始光束，并且光束相对于相位结构居中。

使用光束卡确定光束穿过相位板的位置。实现高级别衍射级的良好分离。完成此作后，用以主衍射级为中心的孔径遮挡高阶光束。

确保光圈具有所需的结果。继续构建一个模式清洁器腔，放置在 leggos 梁将被注入的位置。为型腔选择镜子。

选择刚性垫片来支撑它们，并选择 pieto 电环元件以允许对腔体长度胶水进行微观调整。垫片上的镜子和在其中一个镜子和垫片之间的压电环元件，模式清洁器腔就位，其几何形状 定义模式将相位板产生的光束与型腔蛋匹配，以剖析 Legge GOs 光束记录其强度分布 CCD 相机沿光束路径的不同位置。要分析 Legge Gouss 光束，请使用 CCD 相机在光束路径上的不同位置记录其强度分布。

放置透镜并重复测量，直到找到最佳光束尺寸和位置。现在通过移动带有 piso 电晶体的镜子来改变腔体长度。优化注入型腔的光束对准，同时监控监视器中看到的透射光束。

使用红色迹线中所示的模式清洁器传输的光的测量值作为腔体长度的函数，如黄色迹线所示，以研究相位板产生的 Leggo 光束的模式内容。现在更仔细地检查 CCD 图像并识别寄生模式。这里显示了寄生模式的光束轮廓，因为它们的峰值被遍历。

使用光电二极管信号评估这些模式的功率，并计算整个光束的确切模式内容。测量结果和精确的模态内容可以通过数值模拟进行再现，并与此处所示的数值模拟进行比较。继续接合控制回路，将腔体长度锁定到主要目标，用 CCD 相机记录腔体传输的所得光束轮廓的图像，以诊断产生的光束。

用激光功率计测量 Leggo 光束的功率 应注意避免夹住 Leggo 光束可能会超过大多数商用仪器敏感区域的尺寸。使用 CCD 相机测量光束强度。使用拟合例程来查找理论梁轮廓文件的参数。

通过计算理论和测得振幅分布的平方内积来评估光束的纯度。用于大规模干涉测量实验（如 advanced ligo）的反射镜是非常光滑的先进光学器件，专为更高阶的基本模式使用而设计。AL 模式需要更严格的要求，这些要求是通过模拟确定的。

在这种情况下，首先选择模拟工具。这个视频的技巧。这里显示的具有 fbri Perot 臂腔的先进 LIGO 双回收迈克尔逊干涉仪是建模的。

准备模型的精细输入，然后使用基本模束对其进行测试并验证其可靠性。使 finesse 文件适应 LG three three 模式。注意更改设置，以提供与基本模式相似的光束尺寸。

使用这些光束重复测试。结果应该与基本模式的结果非常相似。现在，建立一个真实的干涉仪模型，其中包含有关腔镜表面图形的数据。

研究和比较隐士高斯零零模式和高阶勒吉安模式的性能，例如，在暗端口检测磁场。高阶模式的性能预计会更差。模式简并导致扭曲的光束泄漏到检测端口中，以研究该模型中存在的简并效应，模拟了简并起源的 fbri Perot 臂腔。

使用来自这些仿真的数据来识别循环光束中不需要的模式和任何频率分裂。在视频的这一部分，左下角显示了镜面图，并调整了右下角镜面形状的 Zer 多项式内容，这些形状会导致输入光束和相同阶的模式之间产生显著耦合，以实现更高的循环光束纯度。光束轮廓显示在左上角，其功率显示在右上角。

在这种情况下，最终实现了 99% 的循环模式纯度。最终的镜像图代表了 leggos 模式的镜像要求，可用于全尺寸干涉仪的仿真，以测试性能的改进。这是用作系统输入的基本模光束的强度分布，该光束已成功转换为该 legge Gauss 3 3 光束。

在此处显示的示例中，显示了参考文献 21 中发布的结果。使用这种方法，产生了 82.8 瓦和 96% 纯度的 lagals three three 光束。从此模式的拟合残差图中可以看出该光束的纯度。

一旦掌握，如果从设计到完成设备，这项技术可以在几周内完成。尝试此过程时，应非常注意他们的设计和该实验装置的初步重塑以及光学元件的选择和质量。一般来说，个人是这种方法的新手，将努力设计、表征和对齐设备的高阶模式部分。

看完这个视频后，你应该对如何创建高阶模式（如 gause 模式）的使用和高精度干涉测量有了很好的了解。不要忘记，工作中的激光器可能非常危险，因此在执行此程序时应始终采取预防措施，例如佩戴经过认证的激光护目镜。