多个时空变量高能激光自适应谐振腔传递函数模型的研究

本文针对高能激光器非稳腔，用矩阵传输光学与衍射积分方程相结合的分析方法，建立高能激光器谐振腔的传递函数模型，理论分析和计算机模拟结果表明，该模型是合理的，并获得若干重要的结论。     

孔径光阑输出对太赫兹激光器模式特性的影响

孔径光阑耦合技术是大功率光泵气体太赫兹激光器的一种常用谐振腔设计方法。在不考虑波导对腔内模式形成的影响下,采用传输矩阵的特征向量法,针对孔径光阑耦合太赫兹谐振腔的腔内本征模式以及输出光束特性进行了数值模拟,得到了该种谐振腔在不同g参数下损耗最低的几种本征模式及其相应的衍射损耗;采用衍射积分与矩阵光学结合的方法计算了孔径光阑输出太赫兹激光的光束特性,得到不同本征模式的远场衍射光斑及发散角。研究工作为孔径光阑耦合的气体太赫兹激光器设计提供了理论参考。     

衍射光学元件改善激光谐振腔输出特性的研究

运用矩阵本征值方法,对用位相型二元光学元件构成的激光谐振腔进行了数值计算,重点分析了圆形反射镜腔在不同菲涅耳数条件下的模结构参量特性.结果表明,这种谐振腔可以有效地提高基模与高阶模的模式分离度,并且可以根据需要,定制出理想的输出光束 关键词： 模式分离 衍射光学元件 激光谐振腔 矩阵本征值     

有源腔模式的有限元数值矩阵计算法

提出了一种计算有源腔模式分布的有限元数值矩阵方法。对腔镜进行基于菲涅耳–基尔霍夫衍射积分定理的有限元划分,利用MATLAB计算出光一次往返的传输矩阵。然后根据自再现理论,求出矩阵的特征值和特征向量。从而确定谐振腔的模式分布,给新型谐振腔的研究带来极大方便。     

带圆锥透镜的非稳贝塞尔光学谐振腔

研究了由圆锥透镜和凸面镜组成的非稳贝塞尔光学谐振腔. 利用几何光学原理,讨论了非稳贝塞尔谐振腔中光线传输的ABCD矩阵和腔内光线实现自再现的条件.从波动光学角度出发,利用惠更斯-菲涅尔衍射积分方程导出了谐振腔两镜面处光场的迭代方程,并通过数值模拟得到了凸面镜曲率半径不同时零阶贝塞尔光束在输出镜面上的光强分布.     

多元件谐振腔的等价腔

本文使用光学变换矩阵方法，分析了多元件谐振腔的等价腔问题。发展了等价腔的一些概念和方法，推出了在普遍情况下，等价腔各参量与原谐振腔各参量之间的解析关系，并得到了一组不变量；同时，还澄清了一些关于等价腔的错误看法和易混淆之处。     

光学谐振腔的CAD

根据光线传输矩阵、光学谐振腔及高斯光束的理论,用Turbo C进行了光学谐振腔的CAD软件开发研制获得了将计算和绘图融为一体的设计应用软件该软件采用人机对话的方式,用简单明晰易操作的汉化选单系统为界面,对输入参量或选定腔型的腔体,以文本和图形两种形式,将其腔内电磁场分布形态及其相应器件输出的有关参量,谐振腔的几何结构及等价共焦腔显示于屏幕之上.     

一种新颖的用于光腔模式及光束传输模拟的特征向量法

根据有限元法单元划分的思想，提出了一种新颖的模拟光腔模式及光束传输的特征向量法. 该方法的关键之处在于基于衍射积分理论构造了一种新的光束传输矩阵，通过求解特征矩阵方程可一次性得到谐振腔的一系列特征向量，每一列特征向量即代表了腔镜上光场的一个确定模式的振幅及相位分布. 并可采用该方法模拟光场传输到腔内或腔外任意地方的场分布. 该方法将传统方法中大量的迭代过程转化成为本征积分方程特征向量的求解过程，并与初值取值无关，且可一次性求得多个模式分布，从而可方便地分析谐振腔的模式鉴别能力. 特征向量法对圆形镜共焦 关键词： 谐振腔 特征向量法 模式分布     

光腔模式及光束传输的特征向量算法

发展了一种新颖的适用于光腔模式及光束传输模拟计算的特征向量法.该方法的核心是基于菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论构造了一种新的光腔传输矩阵,通过求解激光谐振腔的本征积分方程,即可一次求解得到表征腔镜上多个光场模式振幅及相位分布的特征向量组;而谐振腔内或腔外任意地方的光场分布,也可采用该方法进行光束传输模拟而求得.对与该方法有关的单元划分、形函数选取、误差及稳定性分析等问题进行了论述,分析表明:合适的单元划分和形函数选取有利于提高计算速度、精度和稳定性.     

空间谐振式陀螺谐振腔的失调分析

为了克服平面谐振腔调节精度高、损耗大的困难,提出了一种新型空间谐振式陀螺的谐振腔结构。并利用光学变换矩阵和菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式建立数学模型,通过MATLAB仿真计算谐振腔各腔镜因失调引起的衍射损耗。计算结果表明当谐振腔边长为4cm,入射光束束腰半径为0.25mm时,凹面镜的曲率半径为0.397m,反射镜失调引起的衍射损耗近似为0,即失调对陀螺的性能没有影响。得到陀螺的极限灵敏度为1.54°/h。     

THz自由电子激光椭圆型耦合输出光腔

在对中国工程物理研究院高功率太赫兹（THz）自由电子激光（FEL）装置理论分析和设计的基础上,针对目前THz FEL光腔设计面临的主要难点,提出了椭圆型耦合输出光腔的设计方案,并对椭圆型耦合输出光腔代替传统FEL光腔的优势、光腔品质、耦合效率等进行了分析研究。研究表明,椭圆型耦合光腔的设计更适合目前THz FEL波导光腔的光斑特点,可使光腔输出功率提高33%以上,输出耦合效率即光腔品质可提高30%~70%;随着辐射频率的提高,椭圆孔耦合输出光腔的优势提高更为明显。     

双光腔耦合下机械振子的基态冷却

机械振子的基态冷却是腔量子光力学中的基本问题之一.所谓的基态冷却就是让机械振子的稳态声子数小于1.本文通过光压涨落谱和稳态声子数研究双光腔光力系统(标准单光腔光力系统中引入第二个光腔,并与第一个光腔直接耦合)的基态冷却.首先得到系统的有效哈密顿量,然后给出朗之万方程和速率方程,最后分别给出空腔和原子腔的光压涨落谱、冷却率和稳态声子数.通过光压涨落谱、冷却率和稳态声子数表达式,重点讨论空腔时机械振子的基态冷却,发现当满足最佳参数条件(机械振子的冷却跃迁速率对应光压涨落谱的最大值,而加热跃迁速率对应光压涨落谱的最小值)时,机械振子可以被冷却到稳态声子数足够少.此外分析:当辅助腔内注入原子系综时,若参数选择恰当可能更利于基态冷却.     

Optical fiber strain sensor using fiber resonator based on frequency comb Vernier spectroscopy

A novel (to our best knowledge) optical fiber strain sensor using a fiber ring resonator based on frequency comb Vernier spectroscopy is proposed and demonstrated. A passively mode-locked optical fiber laser is employed to generate a phased-locked frequency comb. Strain applied to the optical fiber of the fiber ring resonator can be measured with the transmission spectrum. A good linearity is obtained between displacement and the inverse of wavelength spacing with an R(2) of 0.9989, and high sensitivities better than 40 pm/με within the range of 0 to 10 με are achieved. The sensitivity can be proportionally improved by increasing the length of the optical fiber ring resonator.     

谐振腔马赫-曾德尔干涉集成光波导陀螺

研究了光学环形腔中的单方向传输光在光学谐振腔中传输的情况，在系统旋转角速率变化时光束会产生频移，在此基础上，设计出一种具有谐振腔马赫-曾德尔干涉集成光波导陀螺结构，可以方便地检测出系统旋转角速率与方向，其检测精度与光波导谐振腔的品质无关。和萨尼亚克集成光波导陀螺相比较，性能价格比有进一步提高的潜力。     

Fabrication of tapered fiber based ring resonator

Tapered fiber based ring resonators are fabricated and its optical characteristic is investigated in detail. The ring resonator is fabricated by coiling the tapered fiber, which is firstly made by heating and stretching a piece of optical fiber, after the polymer protective cladding has been removed The comb filter with a constant free spectral range (FSR) and the maximum extinction ratio of 4.2 dB is achieved by a single-mode fiber based ring resonator. The FSR of ring resonator can be adjusted by controlling the diameter of the ring. The extinction ratio is improved in the polarization maintaining fiber based ring resonator where the maximum extinction ratio of 14 dB is achieved at 1531 nm region.     

SOI环形光波导谐振腔双层石墨烯调制器

在片上光互连系统中,电光调制器起到将电信号调制为光信号的作用,是光互联系统中的核心部件之一。调制器的3 dB带宽决定着载波所能携带的最大信息量,是衡量调制器性能的核心参数。利用石墨烯和高Q环形谐振腔设计成具有CMOS结构的新型调制器,其集成了石墨烯的宽带吸收、载流子迁移率高等材料优势和高Q值环形光学谐振腔的光程放大的结构优势,通过理论计算,其3 dB调制带宽可以达到100 GHz。同时,基于微环谐振腔的石墨烯电光调制器结构可以方便的与光互联系统中的波分复用器相集成,从而提升片上光互联系统的集成度和降低技术复杂性。     

耦合谐振器光波导旋转传感的相位灵敏度

利用光学谐振器结构的色散可提高旋转传感的灵敏度, 耦合谐振器光波导可实现强色散, 本文利用传输矩阵理论, 研究耦合谐振器光波导旋转传感的相位灵敏度, 讨论谐振器布局和波导参数对相位灵敏度的影响, 结果表明波导的相位曲线和相位灵敏度依赖于波导中谐振器的布局, 谐振器数量和耦合系数不仅会影响波导旋转传感相位灵敏度曲线峰值的数量和带宽, 还会影响相位灵敏度的大小, 而损耗会降低波导的相位灵敏度, 本文的结果可用于利用谐振器布局和波导参数设计耦合谐振器光波导的相位灵敏度, 对其在旋转传感方面的应用有重要意义. 关键词： 谐振器 旋转传感 光波导     

Study of the thermal stability of Zerodur glass ceramics suitable for a scanning probe microscope frame

The work presents measurements of the length stability of Zerodur glass ceramic with temperature change. Measurement of this thermal characteristic is necessary for determination of the optimal temperature at which the Zerodur glass ceramic has a coefficient of thermal expansion close to zero. The principle of the measurement is to monitor the length changes using an optical resonator with a cavity mirror spacer made from the Zerodur material to be studied. The resonator is placed inside a vacuum chamber with a temperature control. A tunable laser diode is locked to a certain optical mode of the resonator to monitor the optical frequency of this mode. A beat-note signal from optical mixing between the laser and a stabilized femtosecond frequency comb is detected and processed. The temperature dependence of the glass ceramics was determined and analyzed. The resolution of the length measurement of the experimental set-up is on the order of 0.1 nm.