液晶空间光调制器在光信息综合实验中的应用

提出了一种把液晶空间光调制器应用于光电信息综合实验的光学实验系统。系统中的空间光调制器采用光寻址液晶光阀和电寻址液晶光阀。给出了利用这一系统开设的四个光学信息处理实验。实践表明,该系统具有较好的教学效果。     

用于红外激光防护的高开关率VO2薄膜

采用反应离子束溅射和后退火处理技术在石英玻璃基底上制备了具有纳米粒子的二氧化钒(VO₂)薄膜. 该薄膜具有半导体-金属相变特性,在3 μm处的开关率达到76.6%。 热致相变实验结果给出了准确的最佳退火温度为465 ℃. 仿真、热致相变和光致相变实验都显示VO₂薄膜在红外波段具有很高的光学开关特性. 光电池防护实验结果显示VO₂薄膜将硅光电池的抗干扰能力提升了2.6倍, 证明了VO₂在激光防护中的适用性. 采用连续可调节系统研究得到VO₂在室温条件下的相变阈值功率密度为4.35 W/cm², 损伤阈值功率密度为404 W/cm²。 低相变阈值和高损伤阈值都进一步证明VO₂薄膜适用于激光防护系统。本实验制备的VO₂薄膜在光开关、光电存储器、智能窗等方面也具有广泛的应用价值.     

非线性一维光子晶体波导光双稳

利用非线性折射率系数较大且非线性时间响应较快的CdS_xSe_1-x玻璃为材料,设计并制备了非线性一维光子晶体波导光双稳器件,该器件的折射率空间分布呈正弦形式。实验测得双稳开关的阈值功率密度为1.60×10⁵W/cm²,开关时间为63ps。采用时域有限差分方法讨论了光子晶体带隙随入射光强变化而移动的情况,随着入射光功率密度的增加,光子晶体的带隙中心向短波方向移动。同时计算了该器件的双稳特性,理论计算得到双稳开关的阈值功率密度为1.40×10⁵W/cm²,开关时间约为50ps。获得了理论与实验基本一致的结果。     

向列相液晶中弱光引致各向异性衍射图样的研究

研究了弱线偏振光(≈0.16 W/cm²)通过垂直排列C₆₀掺杂的向列相液晶(5CB)薄膜的远场衍射图样.基于取向光折变机理,二波耦合使液晶分子进行二次取向之后,强度为高斯分布的光束通过样品时将形成高斯分布的空间电荷场,偏振光束通过样品时将产生偏振衍射图样.衍射图样的轮廓是同心圆环,在垂直于光的偏振方向有对称缺口.改变入射光的偏振方向可以看到衍射图样也随之改变, 有效非线性折射率系数n₂≈0.3cm²/W 关键词： 向列相液晶 取向光折变效应 自相位调制 衍射图样     

乙醚团簇在纳秒激光场中的多价电离及其电子能量分布的研究

用5ns,1064nm的脉冲Nd:YAG激光,研究了乙醚团簇与纳秒激光的相互作用.在10¹¹ W/cm²量级光强下,观察到价电子完全剥离的O⁶⁺,C⁴⁺,且这些高价离子的强度比值基本不随激光能量而变化.用阻滞电压方法测量了电离过程中溢出电子能量分布,在最大激光能量4.0×10¹¹ W/cm²,溢出电子的平均能量为56eV,最大能量为102eV.实验结果支持了高价离子产生的“多 关键词： 高价离子 电子能量 纳秒激光 乙醚团簇     

基于Pt/GaN/AlGaN异质结高响应度双波段紫外探测器

提出一种在AlGaN基PIN器件的p-GaN表面上沉积Pt,形成肖特基势垒(SB)-PIN异质结器件,器件的能带和载流子的输运发生了变化,这种新型光电探测器实现了双波段紫外探测,可分别工作在光伏和光电导模式下。器件在275 nm波长的紫外光照射的负偏置电压下,工作模式为光伏探测,当入射光功率密度为100μW/cm²,偏置电压为-10 V时,器件得到最大响应度(0.12 A/W);当偏置电压为-0.5 V时,器件得到最大探测率(1.0×10¹³ cm·Hz^1/2·W^-1)。器件在正偏置电压工作模式下可作为高响应、高增益的光电导探测器,当偏置电压为+10 V时,用275 nm和365 nm波长的紫外光照射(光功率密度为100μW/cm²),器件的响应度分别为10 A/W和14 A/W,外量子效率分别为4500%和4890%。所设计的双波段多功能器件将极大地扩展基于AlGaN的紫外探测器的用途。     

电泳式He-Sr+复合激光特性研究

设计制作了7mm内径和38cm有效激励长度的电泳式He-Sr⁺激光管,采用修饰Blumlein电路,通过纵向高重复率脉冲放电激励,实现了一价锶离子复合激光430.5nm和R-M跃迁激光1.03μm的同时振荡,其中复合激光占主要成分.测量分析了复合激光输出功率与工作参量(脉冲频率,充电电源电压和氦压)的关系曲线.获得了最大激光功率819mW和56mW/cm³功率密度的实验结果. 关键词： 锶离子激光 电泳 脉冲放电     

单CCD彩色相机激光干扰模型及外场干扰实验

开展了多波段激光(750~970 nm)对彩色CCD成像系统的外场干扰实验,测得了不同辐照条件下对外场1.3 km处彩色CCD成像系统的干扰效果;建立了彩色CCD相机的激光干扰模型,对实验结果进行了理论验证与分析。理论与实验结果表明:强激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象,光饱和区域的形成是由激光束进入光学系统后发生衍射效应造成的;到靶激光功率密度越强,CCD靶面光饱和面积越大,激光干扰效果越好;单波段750 nm激光作用下,到靶功率密度为4.2 kW/cm²,CCD靶面的光饱和面积为0.88 mm×0.97 mm;多波段激光(750~970 nm)作用下,到靶功率密度为20.7 kW/cm²,CCD靶面发生全靶面饱和现象;仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。对远场干扰能力计算结果表明:随着干扰距离的增加,到靶功率密度减小,激光干扰效果变差。     

不同功率密度1064 nm激光辐照下小鼠皮肤热损伤研究

通过实验和理论分析研究1064 nm激光不同输出功率对小鼠皮肤的热损伤规律。利用皮肤镜与光学相干断层成像(OCT)评估小鼠皮肤组织热损伤程度;参考Arrhenius热损伤方程进行理论分析,并与实验结果对比。结果显示,当激光连续辐照时间为400 ms时,激光输出功率密度小于958 W/cm²时,激光辐照处泛红;激光输出功率密度为958～1160 W/cm²时,损伤呈白色水疱状;激光输出功率密度为1160～1370 W/cm²时,损伤呈浅坑状焦黄斑,损伤斑周围伴一圈鼓起的白色皮肤水疱;激光的功率密度在1370～2190 W/cm²,损伤呈红色坑状斑,损伤斑周围伴黑黄色焦痂。     

液晶光阀的偏光显示特性分析

讨论了液晶光阀的偏光扭曲向列性效应, 分析了液晶光阀中液晶分子在交流电场作用下重新取向后的扭曲, 测量了TB3639型液晶光阀在特定的频率连续改变外加交流电压条件下,液晶分子重新取向后的扭曲角度以及液晶光阀的电光特性。测量结果表明,在外加电压连续改变时,入射线偏振光的透射率呈现连续非线性变化,这种非线性变化可以由液晶分子的扭曲量来改变。同时液晶分子180°的扭曲使得液晶光阀具有较陡的电光特性曲线,这对于多通道矩阵寻址方式的液晶光阀而言在矩阵显示中可有更多的通道寻址线和更高的对比度。     

热透镜控制激光光束质量技术研究

在端面抽运固体激光器中,就如何改善在高抽运功率时输出激光的光束质量,提出一种激光器的设计方法。在激光器谐振腔中放入多根掺杂浓度不同的激光介质,利用激光介质内部产生的热透镜控制抽运光和基模振荡光的空间分布,并且最大限度地使抽运光的分布区和基模振荡光分布区重叠,实现抽运光与基模振荡光在空间上高度匹配,进而提高抽运光能量的利用效率和振荡光的光束质量。实验表明,在不同抽运功率下,抽运光和基模振荡光在晶体内部的光斑的空间分布可通过热透镜加以控制。在端面抽运功率200 W附近时,实现了抽运光与基模振荡光较高程度匹配,光束质量因子M2由14.7改善为4.1。     

二极管双侧抽运横流连续液体激光系统性能模拟

为解决无机液体激光系统的热效应问题,采用激光二极管双侧抽运横向流动的Nd3 :POCl3:ZrCl4溶液以很好地减小热效应,实现液体激光系统高功率高光束质量输出。建立了液体激光理论模型,分析了工作参量对系统能量转换效率与介质热效应的影响;模拟了系统在不同吸收系数和不同流速下的能量转换效率,远场光斑分布以及激光束亮度分布。模拟结果表明:采用二极管作为抽运源可以获得很高的能量转换效率,而且光束质量较好;在给定抽运体积和抽运强度为800 W/cm2时,介质的吸收系数位于2.5~3.0 cm-1,流速约为25 m/s时,输出功率与光束质量实现最佳匹配,激光束亮度最高,系统性能达到最佳。     

Metrology of laser-guided particles in air-filled hollow-core photonic crystal fiber

Micrometer-sized particles are trapped in front of an air-filled hollow-core photonic crystal fiber using a novel dual-beam trap. A backward guided mode produces a divergent beam that diffracts out of the core, and simultaneously a focused laser beam launches a forward-propagating mode into the core. By changing the backward/forward power balance, a trapped particle can be selectively launched into the hollow core. Once inside, particles can be optically propelled along several meters of fiber with mobilities as high as 19 cm·s(-1) W(-1) (precisely measured using in-fiber Doppler velocimetry). The results are in excellent agreement with theory. The system allows determination of fiber loss as well as the mass density and refractive index of single particles.     

Nd:YVO4声光调Q腔内倍频457 nm蓝光激光器

脉冲蓝光激光器在水下探测、水下通信和遥感方面有着重要的应用前景。根据高斯光束传输的ABCD矩阵,设计了对热效应不灵敏的Z型谐振腔。利用808 nm激光二极管(LD)端面抽运Nd:YVO4晶棒,在室温下实现了4F3/2→4I9/2准三能级激光谱线跃迁。通过声光调Q和LBO腔内倍频,获得了稳定的高重复频率、高峰值功率457 nm蓝光激光输出。当抽运功率为30 W时,在重复频率为10 kHz下,获得最大单脉冲能量为56 μJ ,脉冲宽度为217 ns,峰值功率达258 W; 在重复频率为20 kHz下,获得最大平均功率为760 mW,脉冲宽度为261 ns,峰值功率为146 W。在最大平均输出功率下测量了脉冲457 nm蓝光激光器的功率稳定性,20 min之内其最大不稳定度小于2%。     

High-power ultraviolet 278 nm laser from fourth-harmonic generation of a Nd:YAG laser in CsB3O5

We demonstrate a high-power UV 278 nm laser by fourth-harmonic generation (FHG) of a 1112 nm Nd:YAG laser in a nonlinear optical (NLO) crystal CsB3O5 (CBO) for the first time, to our best knowledge. A 30 W level diode-pumped Q-switched Nd:YAG laser at 1112 nm with beam quality factor M2=1.2 was used as the fundamental light source at a pulse width of 500 ns. With an LiB3O5 crystal, the 1112 nm laser was first frequency-doubled to 556 nm with an average output power of 13.5 W. It was then frequency doubled again in a CBO crystal to obtain the FHG output at 278 nm. The maximum average output power of the 278 nm laser is up to 1.5 W. The results demonstrated that CBO crystal is a promising NLO material for UV high-power lasers below 300 nm.     

高功率全固态绿光激光技术研究进展

 报道了高功率全固态腔内和腔外倍频两种绿光激光器研究进展。腔内倍频绿光激光器采用L型腔双棒串接结构,在重复频率10 kHz时,用三硼酸锂晶体倍频获得绿光功率186 W,光-光效率达15.8%。腔外倍频绿光激光器采用主振荡和功率放大器,在重复频率400 Hz时,获得基频激光单脉冲能量1.2 J,采用Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔外倍频,获得525 mJ的绿光输出,倍频效率为43.7%。采用偏振合成技术获得了单脉冲能量大于1 J的绿光输出。在该激光放大器实验装置上,进行了双模块热效应补偿技术和受激布里渊散射相位共轭技术实验研究,改善了激光光束质量。     

104W内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器

报道了一台高功率内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器 ,针对KTP晶体热效应和激光热稳定腔 ,采取了对KTP晶体进行低温冷却的优化措施 ,以便减少KTP晶体的热效应导致的相位失配 ,同时兼顾了Nd∶YAG棒的热致双折射效应和KTP晶体热透镜效应 ,设计了热稳定谐振腔 ;实验中采用 80个 2 0W激光二极管阵列侧面抽运Nd∶YAG棒和Ⅱ类相位匹配KTP晶体 (在 2 7℃时相位匹配角为 =2 3.6° ;θ =90° ,尺寸为 7mm× 7mm× 10mm)内腔倍频技术 ,谐振腔腔长为 5 30mm ,KTP晶体的冷却温度为 4 .3℃ ,抽运电流为 18.3A时 ,实现平均功率达 10 4W、脉冲宽度为 130ns的 5 32nm激光输出 ;其重复频率为 2 0 .7kHz。光光转换效率为 10 .2 %。     

Programmable focal spot shaping of amplified femtosecond laser pulses

We describe the programmable spatial beam shaping of 100-kHz, 4-microJ amplified femtosecond pulses in a focal plane by wave-front modulation. Phase distributions are determined by a numerical iterative procedure. A nonpixelated optically addressed liquid-crystal light valve is used as a programmable wave-front tailoring device. Top-hat, doughnut, square, and triangle shapes of 20-microm size are obtained in a focal plane. Their suitability for femtosecond laser machining is demonstrated.     

High-resolution, high-speed photorefractive incoherent-to-coherent optical converter

We demonstrate a photorefractive incoherent-to-coherent optical converter driven by ultraviolet light that provides a 35-mus response time and an optical resolution of 124 line pairs/mm. The device, implemented in KNbO(3) , operates with a modulating intensity of 85 mW/cm(2) , which corresponds to an optical switching energy per bit of 0.5 pJ. A conversion rate of the order of 90 Gbits/(s cm(2)) is achieved. The conversion between the ultraviolet light and the visible laser beam at lambda=532 nm occurs through anisotropic Bragg diffraction at a modulated interband photorefractive grating. Our device has a better optical resolution and conversion rate than optically addressed solid-state spatial light modulators based on the photorefractive effect and multiple quantum wells, and it is also faster than devices based on liquid crystals.