高功率宽带射频调制连续激光源

射频强度调制激光作为激光雷达系统的载波可以有效提高系统的抗干扰和抗散射能力,高功率宽带射频强度调制光源是实现高分辨率远距离探测的关键.本文采用在Nd:YAG激光器的耦合腔中插入一对四分之一波片的方法实现了频差调谐范围为30 MHz—1.5 GHz的双频激光输出,结合光纤振荡功率放大技术,将双频信号光功率放大为50 W.耦合腔双频种子源具有良好的功率和频率稳定性,输出功率为9.5 mW时,功率标准差为0.145 mW,稳定性为1.52%,输出双频激光的频差为250 MHz时,拍频的标准差为1.6144 MHz.种子光进行三级光纤功率放大,得到50 W双频激光输出.放大后的双频激光功率波动范围小于0.1 W,双频拍频的标准差为1.777 MHz,很好地保持了放大之前的功率稳定性和双频频差稳定性.     

结合光注入半导体激光器与光电环路产生频率大范围可调、窄线宽微波信号

结合光注入半导体激光器的单周期动力学态与光电环路,提出了一种可获得频率大范围可调、窄线宽的光子微波信号的方案并进行了实验研究.结果表明,光注入半导体激光器在一定条件下能够实现单周期振荡,且光子微波信号的频率在8~67GHz范围内连续可调;在合适的注入参数下,获得了频率为24.3GHz且光谱具有单边带结构的光子微波信号;通过引入光电环路结构,能够有效地将该光子微波的线宽由8.6 MHz压缩至30kHz,并获得了40dB以上的信噪比.     

一种基于自相关的激光脉冲编码信号解码方法

激光脉冲编码是半主动激光制导武器采用的一种抗干扰措施,为满足半主动激光制导武器光电对抗的需要,以激光信号的脉冲到达时间(TOA)为参数,依据激光脉冲编码信号的时间相关性,提出了一种通过首先对由脉冲到达时间组成的脉冲到达时间序列作自相关处理,计算出信号的重复周期,然后再在一个信号周期内,通过确定脉冲重复间隔的时间值、个数和位序来鉴别信号码型,从而实现信号解码的方法。阐述了该解码方法的原理及实现。原理实验和数字仿真实验证明,对于当前半主动激光制导武器采用的大多数激光脉冲编码信号,采用该解码方法,一般在4个信号周期时间内就能实现解码。     

峰值稳频横向塞曼He—Ne激光器

本文主要介绍一种峰值稳频横向塞曼He-Ne激光器。实验发现激光器输出相互垂直振动的光拍频频率的最大值对应激光器增益轮廓中心。利用调制的方法将激光器输出激光的频率稳定在增益轮廓中心。与国家计量测试研究院的碘吸收稳频标准激光器拍频,频率稳定度为1×10~(-9)。     

基于多波长布里渊光纤激光器的温度传感特性

为了在高腐蚀、高辐射和强电磁干扰等复杂环境下实现对温度的精确测量,设计并实验了一种基于传感多波长布里渊光纤激光器(MBFL)和参考MBFL的高灵敏度全光纤温度传感器。理论和实验上分析了布里渊散射光的频移与温度变化之间的关系,根据输出斯托克斯激光信号对拍频所得微波信号的频移变化,测量温度的变化。通过带宽为0.1 nm的可调谐光滤波器选择第10阶斯托克斯激光信号对输出,并对其进行拍频探测,实现对传感MBFL周围温度变化的精确测量。通过拍频探测第10阶斯托克斯激光信号对,得出其灵敏度为10.829 MHz/℃。当选用第10阶斯托克斯激光信号对进行温度测量时,温度变化40℃的测量误差约为0.138℃。     

飞秒钛宝石激光脉冲的载波包络相移测量研究

飞秒激光脉冲的载波包络相移测量与控制是实现阿秒脉冲与光学原子钟的重要内容，在利用光子晶体光纤扩展飞秒钛宝石激光振荡器光谱的研究基础上，通过自参考技术测量并优化了该激光输出脉冲的载波包络相移所引起的拍频信号.实验上采用半导体抽运的倍频Nd:YVO4532nm激光器作为抽运源，对钛宝石激光器所产生的平均功率500mW、脉宽18fs的光脉冲进行拍频测量后观察到约23MHz的频移，对应于每周期053π的载波包络相移.飞秒激光脉冲载波包络相移测量的实现对于进一步利用电子反馈系统精确控制载波包络相移，从而得到高稳定的飞秒激光频率梳具有重要意义. 关键词： 载波包络相移 光子晶体光纤 飞秒 超连续     

基于旋转不变技术信号参数估计的激光扫频干涉测量方法

激光扫频干涉测量技术具有无测距盲区、非接触、单次测量多目标的能力.通过傅里叶变换可提取目标拍频频率,进而解算距离.然而受激光器调频带宽限制,通过傅里叶变换得到的目标分辨率受限于固有分辨率.为解决该问题,本文提出采用基于旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)算法对测量信号进行频谱分析.实验通过插值拟合法校正测量信号拍频非线性,进而采用ESPRIT算法测量目标距离,结果表明在傅里叶变换算法无法区分临近目标频率的情况下,采用ESPRIT算法可以区分出目标的频率,通过计算可得被测目标的厚度为2.08 mm.从而为诸如光纤临近损伤点、薄台阶高度或小孔等测量提供了思路.     

高功率可调谐双频激光全光纤放大实验研究

基于全光纤以及主控振荡功率放大器,设计并搭建了一套扫频范围为125~165 MHz的拍频信号的放大系统。并设计了一套基于1064nm的Nd:YAG单块非平面环形腔激光器作为单频种子源。通过声光移频的方式将1064nm单频激光分成中心频差为150 MHz的两束激光进行拍频。双频激光初始功率为50mW,通过放大系统将双频功率放大到10W。通过实验及分析得出两束频差为150MHz的激光功率比率在放大之后保持不变,且经过放大的激光信号中,拍频信号所占的功率成分可以通过调节双频功率比以及单臂分量的偏正态来获得最大输出。同时对拍频信号的信噪比及线宽进行了实验分析。     

基于飞秒激光纵模间拍信号的高精度绝对距离测量

针对使用单一频率飞秒激光纵模间拍信号测距时测量分辨力和最大非模糊距离之间的矛盾,提出了一种同时使用不同频率的微波信号对距离进行测量并逐级合成测量结果的方法。分别选取频率为100 MHz和1GHz的纵模间拍信号测量目标距离,之后调整飞秒激光器的重复频率,使1GHz的纵模间拍信号频率变化1 MHz后再次测量,借助频率变化进一步得到更大的合成波长,最后将三次测量的结果逐级合成,在扩展最大非模糊距离的同时保证了测量结果的高精度。实验结果表明,这种方法能够将最大非模糊距离扩展到150m,对目标绝对距离的测量结果不确定度为25.8μm。该方法不需要改变光路结构,测量过程简便,能很好地实现大尺寸高精度的绝对距离测量。     

基于交叉相位调制制备四光子偏振纠缠态及其在隐形传态上的运用

利用克尔介质、偏振分束器、半波片和对强相干探测场的零拍探测,呈现了一个关于制备四光子偏振Diche态、GHZ态和W态的方案,当前量子光学实验技术条件均能有效满足该方案的要求.强的探测模相继和多个信号模光子相互作用,每次对于探测模而言,都会产生一个相位旋转.接下来,对探测模利用零拍探测,信号模可以投影得到想要的光子偏振纠缠态.此外,为了展现所制备的纠缠态作为重要的量子信息资源的价值,基于交叉相位调制进一步提出了一个隐形传送三光子偏振纠缠态的实验方案.     

Photon time-interval statistics applied to the analysis of laser heterodyne signal with photon counter

In this paper, we report a mathematical derivation of probability density function (PDF) of time-interval between two successive photoelectrons of the laser heterodyne signal, and give a confirmation of the theoretical result by both numerical simulation and an experiment. The PDF curve of the beat signal displays a series of fluctuations, the period and amplitude of which are respectively determined by the beat frequency and the mixing efficiency. The beat frequency is derived from the frequency of fluctuations accordingly when the PDF curve is measured. This frequency measurement method still works while the traditional Fast Fourier Transform (FFT) algorithm hardly derives the correct peak value of the beat frequency in the condition that we detect 80 MHz beat signal with 8 Mcps (counts per-second) photons count rate, and this indicates an advantage of the PDF method.     

基于微波频差转换的光学拍频研究

光学拍频是大学物理和光学实验教学中的重要内容.由于激光器存在中心波长漂移问题,实验中不易产生可观测的拍频信号.受到微波光子技术中微波波段和光波波段相互作用机理的启发,提出了基于微波频差转换的光学拍频方法.借助强度调制和相位调制将两个频差较小的微波信号调制到同一光载波上,结合光学滤波器获得了两个频差极小的稳定光信号,利用光电探测器实现光学拍频,从仿真和实验两个层面分别获得了可视化的低频拍频信号.该研究为大学物理和光学实验提供了与科学前沿相结合的实验方案,可拓展教学内容和教学深度,有利于培养学生的科学素养.     

Laser frequency offset locking using a side of filter technique

We report on the demonstration of a novel scheme for laser frequency offset locking. Following standard techniques, a beat signal is generated between the laser to be frequency stabilized and a second laser with known frequency. A frequency dependent error signal is derived from this beat note by using the amplitude response of an electronic high pass filter. The steep slope of the error signal near the zero-crossing allows for precise frequency locking by a servo loop, while simultaneously a broad capture range of several hundreds of MHz is obtained. PACS 42.55.Px; 42.60.Fc     

相干布居数拍频信号与基态超精细子能级相干性关系的研究

相干布居数拍频(coherent population beating, CPB)现象, 产生于一个Λ型三能级原子系统中, 当双色相干激光场的频率差和两基态能级频率间隔近失谐的时候, 原子在激发态能级上的布居数会产生一个弛豫振荡, 且振荡频率等于失谐量. 当将此现象运用于原子标准频率的提取时, CPB频标的稳定度与CPB信号的幅度及信噪比直接相关. 本文理论推导了描述CPB 现象的表达式, 数值模拟并实验研究了⁸⁷Rb基态超精细子能级的相干性对CPB信号的影响, 通过控制与基态子能级共振相干激光场的抽运时间来控制能级的相干程度, 观测不同相干程度对CPB信号质量的影响. 研究结果表明CPB信号振荡的幅度与基态子能级相干程度成正比关系. 要改善CPB信号信噪比、提高原子频标稳定度, 建立、提高和保持基态超精细能级的相干性是关键. 本文还讨论了CPB现象用于弱磁场测量及其他方面应用的可行性.     

Wide and fast-frequency tuning for a stabilized diode laser

External-cavity diode laser (ECDL) has important applications in many fundamental and applied researches. Here we report a method to fast and widely tune the frequency of a stabilized ECDL. The beat frequency between the ECDL and a frequency-locked reference laser is identified by the voltage-controlled oscillator contained in a phase detector, whose output voltage is subtracted from the flexibly controlled PC signal to generate an error signal for stabilizing the ECDL. The output frequency of the stabilized ECDL can be shifted at a short characteristic time of ~ 150 μs within a range of ~ 620 MHz. The wide and fast-frequency tuning achieved by our method is compared with other previous works. We demonstrated the performance of our method by the efficient sub-Doppler cooling of Cs atoms with the temperature as low as 6 μK.     

Optical Heterodyne Impulse-Response Measurement of Lithium Tantalate Phase Modulator Driven by Wideband Frequency Signal

In this paper, we describe a novel optical heterodyne interferometer for characterizing phase modulation systems including a lithium tantalate phase modulator. A wideband random signal is imposed on the modulator so that the resultant beat photocurrent is modulated in phase at random. The cross-power spectrum of the fluctuating phase with the wideband random signal driving the modulator is computed to give the transfer function and the impulse response of the phase modulation system. The frequency and time response of the phase modulation are measured up to 15 MHz in a practical experiment.     

Characteristics of a cw monolithic optical parametric oscillator

4 as a nonlinear crystal and obtained a pump threshold of 7 mW and an output power of 6 mW for a pump power of 40 mW. The OPO operated in a single longitudinal mode pair of a signal and an idler, over 1 h without mode hopping in the free-running condition. The signal and the idler wavelengths were tunable by 1 nm by changing the crystal temperature by 20 °C. The continuous tuning of the beat frequency between the signal and the idler was achieved by temperature tuning (slow control, 80 MHz/K) and E-field tuning (fast control, 0.75 MHz/V). We demonstrated the feasibility of frequency control by phase locking the beat frequency. The beat frequency could be successfully phase locked to a signal generated by a synthesizer through the electrooptic effect of the crystal. The phase locking could be maintained over 1 h. Received: 27 January 1998/Revised version: 9 March 1998     

激光二极管抽运频差可调谐双频固体激光器的研究

研究了激光二极管抽运的可调频差的双频固体激光器，激光增益介质为2mm厚的1at%掺杂Nd:YAG薄片.对谐振腔产生稳定双频激光的条件作了分析，用琼斯矩阵计算了谐振腔内各处电场矢量的偏振态，证明了双频激光两个电场矢量偏振态之间总是正交的.两个偏振激光频率间隔由改变λ/4波片快轴之间的夹角实现调谐.实验中使用腔内标准具实现单频运转，然后插入双λ/4波片使单纵模激光频率分裂，实现了激光器的双频输出.实验中得到双频激光稳定运转时频差的上限约为1.3GHz；由于强模竞争现象的存在，实验中所观察到的频差下限为50MHz. 100MHz拍频时得到的双频激光输出功率为85mW. 关键词： 激光技术 固体激光器 双频激光