有源环形谐振腔辅助滤波的单模光电振荡器

提出并验证了一种有源环形谐振腔辅助滤波的光电振荡器. 它利用有源环形谐振腔提供的高Q光学梳状频率响应特性, 对振荡器中的光信号模式进行选择, 能有效地提高输出信号的边模抑制比, 获得光电振荡器的单模输出. 理论上, 对光电振荡器的起振模式以及有源腔的频率响应进行了分析, 仿真结果表明有源环形谐振腔的辅助滤波有利于光电振荡器的边模抑制和单模输出. 在实验上, 通过对比验证了理论的预期结果, 并最终得到中心频率为20 GHz, 边模抑制比为58.83 dB, 在频偏10 kHz处相位噪声为-97 dBc/Hz的单模信号输出. 该方案保留了已有光电振荡器边模抑制方法的优势, 实现方法上更加简便, 在工作带宽和可调谐性方面具备良好的灵活性.     

飞秒光频梳的任意长绝对测距

高精度测距在工业、航空航天、科学研究等方面都具有重要应用, 而不断发展的激光测距技术始终处于前沿研究领域. 本文研究飞秒光频梳绝对测距技术, 拓展光梳在长度测量领域的应用. 在利用脉冲激光进行任意绝对长度测量中常用到飞行时间法, 然而其测量分辨力受限于电子器件的带宽, 仅为毫米量级. 为克服这一缺点, 本文研究了光梳多脉冲序列之间的时间相干性, 结合多脉冲序列干涉法和飞行时间法提出了任意长绝对测距的方法, 搭建了基于改进型Michelson干涉原理的任意绝对测长系统, 通过同时测量多脉冲序列的一阶和二阶互相关信号, 可以分别计算出飞行时间的时间差, 即可得到被测距离. 利用光梳作为光源进行了0.6m的绝对测距实验, 将测量结果与高精度激光位移传感器的测量值进行比较, 实验结果表明本系统具有良好的测量线性度, 并且测距精度可达±0.5μm. 关键词： 飞秒光频梳 任意长绝对测距 飞行时间法 多脉冲序列干涉法     

脉冲式2 μm KTiOAsO4光参变振荡器

为了验证KTiOAsO4(KTA)晶体用于光参变振荡产生2μm激光的可行性,设计了脉冲式2μm KTA光参变振荡器,采用θ=49°切割的KTA晶体作为光参变振荡晶体,实现了2μm激光的输出;计算了该系统在双谐振情况下的起振阈值,在实验中测得输出的信号光、闲频光波长在2.16μm和2.09μm附近,与理论计算基本吻合,并测量了脉冲宽度。同时选用了对信闲光透过率分别为60%、70%、90%的镜片作为光参变振荡器(OPO)输出镜,测得了三种情况下的输出能量及电光效率的数值;测得了在380 V电压下,输出镜透过率一定时输出能量与光参变振荡器腔长之间的关系曲线,从而验证了KTA晶体用于光参变振荡产生2μm激光的可行性,为下一步的研究工作打下了基础。     

一种基于光纤光栅法布里-珀罗腔的低频振动传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的低频振动传感方案并进行了理论分析和实验研究。采用单频激光器作为光源,光纤光栅F-P腔通过两点涂胶方式粘接在等强度悬臂梁上,待测振动信号通过支架和悬臂梁将振动作用传至光纤光栅F-P腔,引起腔长周期性变化,从而改变光纤光栅F-P腔的反射光谱特性,通过解调输出光信号的振荡频率和峰值,即可实现对振动信号频率和幅值的测量。利用压电陶瓷模拟的低频振动信号进行了实验验证,测量结果与理论分析相吻合。该传感器测量灵敏度高,特别适用于微弱振动信号的测量。     

一种新型双环路光电振荡器

利用偏振分束器(PBS)和合束器(PBC)在不增加有源器件的基础上设计了一种双环路光电振荡器。该振荡器可以同时产生光、电两种输出。由于没有增加有源器件,可以避免附加电噪声的引入。此外,光载波在光域中是正交耦合,消除了随机干涉和拍噪声对振荡频率的影响。通过理论分析,双环结构的光电振荡器可以有效抑制每一单环路中起振的边模。经过实验对比,采用双环结构可以把边模抑制比提高30~70 dB。最后,利用该方案和普通商用器件得到了中心频率为12 GHz的振荡,测得边模抑制比为50~70 dB,相位噪声为-93 dBc/Hz at10kHz,Q值达到1010。     

基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器

提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中,相位调制器串联光波导谐振腔,取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感,调节激光器改变输出光的波长,不仅可以调制光的强度,还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时,产生很强的延时特性,可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5cm、宽21cm、高7cm.实验中,改变0.1pm的光子波长,能够产生步长为12.535.5 MHz的调谐,调谐范围达2 GHz,且系统能够产生10 GHz的微波信号,在中心频率为10 GHz处其相位噪声为-109.7dBc/Hz@10kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.     

基于含时分步积分算法反演单体MgO:APLN多光参量振荡能量场

针对脉冲抽运机制下多光参量振荡器内1.57μm和3.84μm跨周期参量光的能量耦合过程,利用含时波动方程建立起关于时间的能量转换模型,并运用分步积分法对模型进行求解,获得参量光转换效率.模拟多光参量放大器输出参量光波形,证实逆转换和模式竞争是影响多光参量振荡的重要因素.进一步,模拟外腔多光参量振荡器1.57μm和3.84μm跨周期参量光的输出情况.分别对比不同输出透过率、晶体长度和谐振腔长度下转换效率的模拟值,证实了输出镜透过率影响1.57μm和3.84μm跨周期参量光的转换效率,同时表明外腔多光参量振荡器存在最佳晶体长度和谐振腔长度.基于仿真结果,开展外腔多光参量振荡器实验.1.57μm和3.84μm参量光转换效率实验值与理论值相吻合,证实此方法能精准地反演多光参量振荡器的能量转换过程,为优化多光参量振荡器、提高参量光转换效率提供了理论依据.     

用扫描激光频率腔衰荡对超低损耗镜片的测量

超低损耗光学镜片(超镜)是构建高品质光学腔和进行许多光学测量的重要器件,对损耗在百万分之一水平的高质量镜片的测量是一个重要的课题.通过在扫描腔长的情况下调节腔的起振模式,然后在腔的TEM00模式附近扫描激光频率实现了注入激光和腔的TEM00模的有效匹配;以迟滞比较电路触发下的光开关控制注入光场的方式获得了连续激光光腔衰荡信号;实验中完成了同一批损耗在10-6量级的超高反射率镜片的批量测量.实测最高反射率镜片的反射率为(99.99914±0.00004)%,测量精度优于10-6.结果表明对于同一批相同工艺生产以及相同存储环境存放的超镜,其损耗也存在较大差异.     

基于波长双环路结构的新型光电振荡器的研究

提出了一种新型的基于波长双环路结构的光电振荡器方案. 在此方案中, 利用两个激光器产生两束波长不同的连续光, 分别通过两段长度不同的光纤构成双环路结构, 利用光学游标效应可以获得单一的起振模式. 通过理论分析可知, 不同波长的两束光载波在耦合时, 几乎不会产生随机拍噪声. 实验中, 获得了X波段(8-12 GHz)内频率可调谐的高质量微波信号. 通过测量, 信号的边模抑制比达到60 dB, 相位噪声为-132.6 dBc/Hz@10 kHz. 同时, 利用锁相环技术, 通过光纤拉伸器有效补偿系统的腔长漂移, 因此振荡频率的稳定性得到极大改善. 系统的频率漂移在2 h内小于±84.3 mHz. 另外, 测得的微波线宽为5.3 mHz, Q值在10¹²量级, 具有很高的谱纯度.     

基于中频相位锁定技术的宽带调谐光电振荡器稳定性研究

提出了一种基于中频相位锁定技术提升宽带调谐光电振荡器长期稳定性的方法.该方法通过外部可调本振源对光电振荡器射频信号进行下变频操作,产生中频信号,该中频信号与光电振荡器的起振频率无关.将该中频信号锁相在稳定的参考源上,能够提升宽带调谐光电振荡器的长期稳定性,同时分析了锁相环对光电振荡器相位噪声性能的影响.实验结果显示,光电振荡器的频率调谐范围可达5~15GHz,10kHz频偏处的相位噪声为-121.2dBc/Hz,频率稳定性达到6.9×10-11/103 s,表明该方法能够显著提升宽带调谐光电振荡器的稳定性.     

长光纤环高性能光电振荡器研究

提出了采用多个长光纤环实现高性能光电振荡器的方法,通过合理的长度设计,多个长光纤环能够降低光电振荡器的相位噪声,同时提高边模抑制比。理论分析了多个长光纤环实现高性能光电振荡器的可行性,并构建了实验系统。在实验中,利用3个大于4km的长光纤环构建光电振荡器,实现了频率10GHz的微波信号,其相位噪声在频偏10kHz处达到了-130dBc/Hz,边模抑制比达到了60dBc。实验结果与理论分析一致,证明了该方法的正确性。     

离轴抽运对Nd:YAG激光器振荡模式影响的研究

以激光二极管端面抽运固体激光器为研究对象,通过实验研究了离轴抽运条件下,离轴量的大小对Nd:YAG激光器的振荡光阈值、振荡模式、光束质量以及激光器的斜效率的影响,分析了在同一抽运位置改变LD电流时输出光位置及模式的变化情况.实验结果表明,当抽运光离轴量增大时,斜效率增大,但输出光依次出现从低阶模到高阶模的变化,激光器的振荡阈值升高,光束质量变差;在同一抽运位置增大LD电流时,输出光从高阶模向低阶模转化,光斑中心向此时的抽运中心轴靠拢.     

高斯反射率镜单谐振光参量振荡器模式分析

采用高斯光束传输矩阵描述光参量谐振腔的行为,通过迭代计算模拟高斯光抽运高斯反射镜单谐振光参量振荡器的振荡过程,分析了谐振腔参数和抽运光口径对腔内输出模式的影响。报道了1 064μm脉冲抽运平 GRM腔单谐振非临界相位匹配KTP光参量振荡器的实验,其结果与理论分析相符。     

气垫导轨上运动物体加速度测量方法的改进

利用计数计时测速仪测量气垫导轨上滑块运动的加速度,其测量精度直接依赖于2个光电门之间距离的测量,而在实验中该距离的测量往往不易达到很高的精度,致使加速度的测量精度不高.对计数计时测速仪的电路和单片机程序稍加修改,使之能测出滑块从一个光电门运动到另一个光电门所需时间,就无需测量2个光电门之间的距离,因而提高了加速度的测量精度,节约单片机的资源并缩短运行时间.     

几何结构标定误差对偏折术的影响

偏折术中的几何结构标定误差是制约低阶面形测量精度的主要因素。从数学模型、理论模拟和实验三个方面分析了几何结构标定误差与低阶面形测量误差之间的关系。给出了表示几何结构标定误差与面形测量误差之间关系的数学模型,并通过模拟和实验对其进行了验证。结果表明,几何结构标定中坐标平移误差会导致倾斜和离焦面形测量误差;被测面分别与相机和显示器之间的距离越大,几何结构标定的误差对低阶面形测量的影响越小。研究结果可以帮助设计合适的偏折术测量系统结构和提高低阶面形测量精度。     

大口径标准镜绝对面形精度传递方法

提出了一种大口径干涉仪标准镜绝对面形精度的传递方法,在已知一台干涉仪参考镜绝对面形的前提下,可向待测标准镜进行精度传递。由于检测温度与使用温度的不同,待测标准镜在另一台干涉仪作参考镜时,绝对面形会发生变化,变化集中在离焦量上;在待测标准镜使用状态下,通过对经典三板互检法得到的竖直方向直线绝对面形的分析,得到标准镜使用状态离焦量的估计,以此修正直接精度传递结果,最终得到待测标准镜使用状态下的绝对面形。比较同一块光学元件在两台干涉仪上标定前和标定后的测量结果,标定后的面形差值更小且分布一致性更好,证明了本方法的有效性和可行性。     

氢负离子在微腔中的光剥离研究

利用闭合轨道理论,研究了氢负离子在金属面和弹性界面组成的微腔中的光剥离截面.结果表明,微腔的上下表面对氢负离子的光剥离截面产生很大影响.若固定金属面与氢负离子之间的距离不变,当弹性界面与氢负离子之间的距离很大时,弹性界面对氢负离子光剥离截面的影响很小,光剥离截面的振荡幅度和振荡频率与只有金属面时的情况类似.随着弹性界面和氢负离子之间距离的不断减小,光剥离截面的振荡幅度增大,振荡频率减小.若保持氢负离子和弹性界面之间的距离不变,随着金属面和氢负离子之间距离d₀的不断增大, 关键词： 光剥离截面 闭合轨道理论 微腔     

用短谐振腔结构优化THz电磁波参量振荡器的输出特性

以MgO：LiNbO₃为非线性光学介质，通过采用一种高性能腔反射镜实现了一种85mm短腔长的法布里-珀罗式的光学参量振荡器，产生THz电磁波的实验结果.这种短腔长THz参量振荡器比传统的160mm腔长的振荡阈值降低了22.3％；峰值能量提高了170％；频率调谐范围从0.5—2.4THz提高到0.8—3.1THz.还报道了一种基于平面金属丝网的法布里-珀罗干涉仪测量THz波线宽的实验结果. 关键词： THz电磁波 OPO 非线性光学 3')" href="#">LiNbO₃     

偏频技术锁定压缩光产生中的光学参量振荡腔

为了解决机械振动、空气流动等外界因素引起的光学参量振荡腔的不稳定问题,利用偏频锁定技术稳定光学参量振荡腔.首先从理论上分析偏频锁定点的选取与压缩度的关系,得出透射峰值一半的位置为最佳锁定点.然后在实验上实现了光学参量振荡腔的锁定,并对锁定后的光学参量振荡腔进行了稳定性测量.实验结果表明,光学参量振荡腔的腔长在2h以内的锁定精度为7.27nm,最长稳定时间可达3.8h,能够满足对压缩光的探测需要.     

碳纳米管振荡的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法,模拟了三种碳纳米管振荡器内管的振荡运动.结果显示：振荡器的内管越短,振荡的频率越大,且受到的轴向回复力的波动也越大.内管在沿着管轴振荡的同时,还绕着管轴旋转,转动的动能有明显涨落并与内管管长密切相关.该研究对于开发碳纳米管的相关应用技术有指导意义. 关键词： 分子动力学模拟 多壁碳纳米管 振荡