折叠式角锥棱镜谐振腔的偏振特性理论与实验研究

建立了角锥棱镜的偏振模型,分析了角锥棱镜对入射线偏振光的偏振态的影响,分析表明角锥棱镜的单个入射区域存在特殊的偏振方向,该方向的线偏振光被角锥棱镜反射后仍然是线偏振光。利用角锥棱镜的该特性设计了腔内存在线偏振光振荡的角锥棱镜激光谐振腔,能够使用电光开关调Q,在振动环境中具有较好的抗失调稳定性。研制了激光器样机并进行了实验,在重复频率为10 Hz时,输出激光单脉冲能量大于300 mJ,光束质量因子β值在2左右,实验结果也表明角锥棱镜的棱和顶点并不影响输出激光的光束质量。     

机械抖动棱镜式激光陀螺出射光强度特性

针对棱镜式激光陀螺在抖动状态下出射光强度被调制的现象, 系统地研究了机械抖动对棱镜式激光陀螺中光传输轨迹和光电探测器的影响机理. 在对现有棱镜式激光陀螺性能进行分析的基础上, 应用数值模拟和有限元分析方法, 将对称型全反射棱镜纳入四棱镜陀螺的结构设计方案, 并给出了由机械抖动引起的应力双折射和光电探测器位置偏移与出射光强度的一般关系. 结果表明, 机械抖动会使棱镜产生应力双折射, 使激光光路发生改变, 同时造成光电探测器与出射光束产生相对位移, 导致出射光强度幅值产生调制. 使用全对称型的陀螺结构, 选取具有合适折射率的对称型棱镜, 减小探测器与出射光斑中心的相对位移, 可以将出射光强度调制幅值相比原先减小52.63%以上, 显著地改善出射光强度被调制的现象. 此分析结果为提高激光陀螺的可靠性提供了重要参考.     

冰洲石偏振光棱镜的性能测试及制造工艺

本文介绍了冰洲石晶体的性能检测试验，冰洲石偏振光棱镜的制造工艺，冰洲石偏振光棱镜消光比的检测以及冰洲石偏振光棱镜的部分性能检测试验。延边冰洲石晶体是属于光学质量很高的无色透明晶体，其化学成分纯净，双折射和偏振现象明显，光谱透过的范围为０．２１４～２．５μｍ，寻常光线的折射率为１．６５８９，非常光线的折射率为１．４８６９。用它制成有偏光棱镜，其性能良好。格兰·泰勒棱镜在电源电压９５０Ｖ，注入能量４５Ｊ，４０次／ｓ的强功率激光作用下能连续工作２０ｍｉｎ，无自振现象，插入损耗小，透射率高。渥拉斯顿棱镜在ＰＬＤＶ型偏振差动式激光流速仪和ＬＤＶ／ＬＺＦ型二维多用激光流速仪上使用，其效果良好，波长为６３２．８ｎｍ时，其波振面畸变为λ／６－λ／８。格兰偏振棱镜的散射和吸收小于１％，消光比可达１０￣（－５），可作为光学精密测量和高灵敏度探测等仪器中较理想的光学元件。     

全反射棱镜式环形激光器耦合输出的理论分析

对采用棱镜耦合器的全反射棱镜式环形激光器的耦合输出特性进行了理论研究, 导出了有“楔形”间隙的棱镜耦合器的反射系数和透射系数表达式, 给出了反射率和透过率随“楔形”间隙高度变化的理论计算曲线, 进而研究了有关材料选取、腔内振荡分量的选取及减小棱镜耦合器对环形激光腔内模式的影响等问题. 这些研究对于全反射棱镜式环形激光器在激光陀螺、激光角速度传感器等实际应用中有重要意义.     

小型集成三通道机抖激光陀螺数字式控制电路设计

针对军事和民用工程中亟待解决的捷联式机械抖动激光陀螺惯导的小型化、集成化和高精度问题,提出了一种以单块电路板实现对3个机械抖动激光陀螺进行数字式稳频控制、抖动控制、稳流控制、信号检测及脉冲计数的全功能小型机抖激光陀螺集成控制方案,设计了以DSP和FPGA为核心控制器的陀螺电路。试验结果表明,该集成控制电路能同时实现3路陀螺的自动控制,参数调整灵活方便,控制精确稳定,在实现小型化集成化的同时,提高了激光陀螺的输出精度,为捷联式机械抖动激光陀螺惯导的小型化、集成化和高精度奠定了基础,已在多个项目中获得工程应用,具有较高实用价值。     

非线性克尔效应对飞秒激光偏振的超快调制

研究了近红外飞秒激光的偏振在太赫兹频率的超快调制.利用抽运-探测光谱技术,通过改变两个脉冲之间的延迟时间可以控制光脉冲的旋转角.在Li：NaTb（WO₄）₂磁光晶体中观察到探测光的偏振随延迟时间变化的高速振荡,振荡信号的中心频率为0.19 THz.这种超快偏振调制现象可以解释为,抽运-探测实验构置中,前向传播的抽运光诱导的光学克尔非线性引起被晶体远端表面所反射的背向传播的探测光脉冲偏振面的额外旋转.通过改变抽运光的圆偏振旋性可以控制探测光调制信号的相位和振幅.实验结果表明,非线性光学克尔效应可以作为一种全新的手段,在磁光晶体中实现近红外飞秒激光以太赫兹频率的超快偏振调控.这将在超快磁光调制器等全光器件中得以应用.实验结果将有助于偏振依赖的超快动力学过程的研究.     

Multiwavelength erbium-doped fiber ring laser using a LiNbO<Subscript>3</Subscript> multifunction chip for fiber gyroscope

We present a novel configuration of multiwavelength erbium-doped fiber ring laser (MW-EDFL) using a LiNbO₃ multifunction chip for fiber gyros at room temperature. The polarizer incorporating a piece of high-birefringence fiber in the input port of the Y-type chip forms the Lyot periodic filter at intervals of 0.5 nm wavelength. One of two modulators inserted in the ring cavity has been used as frequency shifter by applying a sawtoothed signal, while the output port of the other is used as the output port of the laser. Simultaneous multiwavelength lasing is experimentally demonstrated by applying a sawtoothed signal with the order of 10 kHz to the phase modulator to prevent single-wavelength oscillation. The MW-EDFL output is linearly polarization light that meets the requirement of external modulation for wavelength-division-multiplexing applications.     

激光陀螺本征模偏振态与磁敏感特性的理论研究

环境磁场的干扰是影响激光陀螺精度的重要因素之一. 为了减小二频机械抖动激光陀螺的磁敏感性, 推导了环形腔的琼斯矩阵, 其中考虑了非共面角、增益介质、腔损耗、腔镜反射各向异性和应力双折射, 采用矩阵本征问题求解的摄动理论分析了环形腔的偏振态和磁敏感特性. 研究表明, 为了减小激光陀螺的磁敏感性, 应减小非共面角和腔损耗, 增大腔镜的反射各向异性. 腔镜应力双折射究竟会增大还是减小磁敏感性与应力作用主轴、受应力腔镜的位置有关, 此外它还会引起顺时针和逆时针模式之间的偏振非互易性. 磁敏感性与腔失谐近似成线性关系, 导致激光陀螺工作于增益峰值时磁敏感性并非最小. 这些结果对减小二频机械抖动激光陀螺的磁敏感性具有较好的指导意义. 关键词： 激光陀螺 磁敏感性 椭圆度 琼斯矩阵     

基于内腔布儒斯特双轴锥棱镜的掺镱光纤激光器的径向偏振模振荡

实验采用一个内腔布儒斯特双轴锥棱镜,在掺镱多模双包层光纤激光器中实现了径向偏振光振荡,并在长2 m的增益光纤中获得了高达6.2 mW的功率输出.研究揭示了从光纤激光器振荡中获得径向偏振光的新途径.然而,该激光器输出的径向偏振光的光强分布并不很均匀,且偏振消光比较低,需要进一步改进.     

基于FPGA的四频陀螺信号解调系统的设计与仿真

为了简化四频差动激光陀螺的信号读出系统,采用了一种基于FPGA实现的数字电路解调方案取代传统的合光棱镜中的1／4波片和偏振片来分离左、右旋陀螺信号。简述了四频差动激光陀螺的信号读出原理及解调电路方案,设计了主要由A／D转换器和FPGA构成的四频陀螺信号读出系统。通过Quartus Ⅱ等EDA工具在软件上对系统予以了实现,并针对其主要功能模块进行了仿真验证。仿真结果表明,将四频陀螺信号转化为数字信号后,利用FPGA实现信号解调并最终达到分离左、右旋陀螺信号的方案是可行的,该方案将有助于全数字化激光陀螺的研制。     

Broadband amplitude-modulated laser source with high output power for FM/cw lidar transmitter

We are building a long-range FM/cw nonscanning imaging lidar breadboard. This lidar system achieves ranging based on a frequency modulation/continuous wave (FM/cw) technique, implemented by an amplitude modulated mid-IR diode laser transmitter with a linear frequency modulation (LFM) of the subcarrier. Firstly, various schemes of light beam modulation are analyzed. Secondly, we put forward a laser modulation scheme whose core was formed by a 1.55 μm electro-absorption modulated laser diode (EML) and an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA), then a corresponding experimental system architecture and components for light beam modulation and detection are established. Finally, a corresponding experiment of laser beam modulation is completed for the first time. In our experiment, the EML amplitude is modulated by a 200 MHz to 800 MHz LFM signal, whose amplitude value is 2.05 V. The average output power of the modulated laser obtained in the experiment is 10 W, peak power is 16.4 W, and the average modulation depth is 78%. The results of tests predict that this laser modulation scheme is likely to improve the imaging range of the FM/cw lidar.     

光源的偏振态对动态光散射颗粒测量结果的影响

研究了在动态光散射纳米颗粒测量中,光源的偏振态对测量结果的影响。采用了粒径为100nm、体积浓度为0.5%的标准颗粒作为样品,使He-Ne激光通过起偏器得到0°～180°方向的偏振光,测量了散射光强、偏振度和粒径测量值的变化,计算了相应的粒径均值偏差和标准差,并将这一结果与无偏振He-Ne激光入射进行了比较。结果表明,当入射光为线偏振光时,偏振方向垂直于散射面时测量效果最好;另一方面,由于颗粒系散射迭加造成的散射光偏振度降低,使线偏振光源与无偏振光源产生的散射光偏振度无明显差别,证明在测量中可以使用无偏振He-Ne激光代替。     

谐振式集成光学陀螺解调特性分析

基于激光器频率谱检测技术,沿着光的传输方向分析了光波在谐振式集成光学陀螺系统中的传播,结合输入信号特征,建立频域内的数学模型,通过数值仿真和实验得到了调频检测系统下的解调曲线。按照光的传输方向：激光器、声光晶体移频器、光波导环形谐振器、探测器,利用贝塞尔函数展开和光场耦合模理论分析了谐振式集成光学陀螺解调特性,及其调频调制检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系。通过数值计算,分析了解调曲线的变化规律,得到了施加在激光器压电陶瓷驱动器上调制波形的最佳调制系数。在实验上搭建了激光器频率调制解调技术系统,得到了解调曲线。数值仿真和实验结果表明,当调制系数M=2时,线性工作区间斜率最大,解调曲线最好。实测形状与理论分析结果相符,从解调信号得到±2×10³ rad/s的陀螺动态范围。     

基于外差干涉的微振动测量技术研究

针对外差干涉的微振动测量存在稳定性低、严重受环境噪声影响等缺点,提出了对光路的改进方案。根据差分原理将其改为双光路,消除环境噪声的干扰;通过偏振分光棱镜（PBS）将椭圆偏振光变为线偏光,提高干涉信号幅值;改进频移装置(AOM),抑制频率漂移;增加光阑,滤除杂散光,提高系统信噪比。通过探测5 kHz压电陶瓷振动信号,以及2.5 MHz高频激光超声信号进行实验验证,结果表明:信号稳定且无纹波,系统分辨率为2.3 nm,信噪比提高16.7倍。两路干涉信号幅值分别为552 mV和736 mV,较传统外差干涉信号幅值提高近10倍,有利于纳米量级微振动信号的检测。     

道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究

为了避免机载光电吊舱中共口径光学系统内部由于道威棱镜旋转引起的激光照射脉冲偏振态的变化,利用琼斯矩阵对道威棱镜的偏振特性与四分之一波片、半波片补偿道威棱镜旋转引起的激光脉冲偏振态变化进行了理论分析和实验验证。结果表明:线偏振的激光脉冲通过旋转一定角度的道威棱镜时,激光脉冲偏振态变为椭圆偏振,偏振态发生变化;而激光脉冲首先通过旋转一定角度的四分之一波片与半波片时,可使通过道威棱镜系统的激光脉冲偏振态保持不变,且两波片旋转角度与道威棱镜旋转角度之间存在一种非线性关系。采用偏振补偿方法可有效避免机载共口径光学系统中道威棱镜引起的激光脉冲偏振态变化,提高激光脉冲能量利用率,降低激光脉冲后向散射抑制难度。     

Fiber laser as an optical-signal generator

It has been experimentally demonstrated that the power of the polarized radiation of an ytterbium-fiber laser can effectively be controlled using the loss modulation in the competing generation channel with the orthogonal polarization. Various light pulses (rectangular, triangular, saw-tooth shaped, and trapezoidal) can be generated in the ytterbium-fiber laser due to the competition of orthogonally polarized generation channels.     

空间振幅调制光谱偏振测量技术研究

空间振幅调制光谱偏振测量技术通过由光楔、偏振片组成的调制模块,将目标的偏振信息调制到与光谱维垂直的空间维,单次测量即可同时获取目标的偏振信息和光谱信息。首先阐述空间振幅调制光谱偏振测量技术的基本原理,然后利用空间调制光谱偏振仿真软件进行理论仿真,并且给出了具体的实验研究方案,通过对比理论模拟图像和实验图像,验证实验的可靠性。以Q=0,U=1,V=0和Q=1,U=0,V=0作为入射偏振光进行实验,在波长范围500～600 nm采样10组数据,利用最小二乘法对实验输出的偏振光进行偏振解调。结果表明：解调后入射光的线偏振度与参考入射光的误差值分别小于2.5%和4%,偏振角误差值小于1.8%和2%,验证了实验和算法的可行性,并对两组复合光楔中心误差对偏振测量的影响作了简要分析,结果表明中心误差对偏振分量Q和V的测量影响较大。     

基于弹光调制的高灵敏旋光测量

为了实现连续稳定、高速、高精度和高灵敏度的光学旋光测量, 考虑到弹光偏振调制技术具有高的调制频率、调制纯度、调制精度和良好的调制稳定度等应用优势, 设计了一种基于弹光调制的旋光测量新方案. 检测激光经起偏器、测量样品、弹光调制器和检偏器到探测器的光路设计, 使得测量系统选用较少的光学器件, 最大化地降低了光学器件可能引入的测量误差; 起偏器和检偏器偏振轴相对于弹光调制器快轴方向分别取0°和45°的光学安排, 并选择弹光调制的二倍频信号作为研究对象, 有效避免了弹光调制器剩余双折射对旋光样品测量的影响, 提高了旋光测量精确度; 将探测器输出调制信号的直流和交流分开输出, 并将交流信号进行前置放大处理, 然后再锁相输出, 进一步提高了测量灵敏度. 设计了将激光调制为圆偏光, 然后精确调节起偏器来替代样品的旋光测量验证试验, 确定了系统旋光测量的比列系数, 并且获得旋光测量灵敏度为3.15×10^-7 rad, 测量精度优于0.3%. 所以, 本方案实现了较高灵敏度旋光测量, 有望应用于高灵敏旋光测量领域, 并且本方案的实验可为高灵敏旋光测量系统的定标提供参考.     

磁光盘光头瞬态光学特性研究

本文研究了磁光盘光头的瞬态光学特性,其结果实现了光头部件的最优化设计。     

Laser Intensity Variation in Amplitude and Phase Induced by Elliptically Polarized Feedback

The laser output characteristics under elliptically polarized optical feedback effect are studied. Elliptically polarized light is generated by wave plate placed in the feedback cavity. By analyzing the amplitude and phase of the laser output in the orthogonal direction, some new phenomena are firstly discovered and explained theoretically.Elliptically polarized feedback light is amplified in the gain medium in the resonator, and the direction perpendicular to the original polarization direction is easiest to oscillate. The laser intensity variation in amplitude and phase are related to the amplified mode and the anisotropy of external cavity. The theoretical analysis and experimental results agree well. Because the output characteristic of the laser has a relationship with the anisotropy of the external cavity, the phenomenon also provides a method for measuring birefringence.