基于激光回馈的波片在盘位相延迟测量系统

 利用激光回馈测量波片相位延迟精度高的优越性,以激光回馈技术为基础,实现光学波片的在盘测量,即在加工过程中,波片光胶于光胶盘的状态下测量波片位相延迟,以提高波片生产效率和成品率。采用凹面镜作为回馈镜以提高回馈信号调制深度,对激光回馈内、外腔长进行稳定,提高了系统可靠性;研究了波片与光胶盘光胶对波片测量的影响,提出并验证了在光胶盘上开孔,在打孔的光胶盘上光胶、加工、测量波片的新工艺,最终实现了波片在盘测量,测量长期重复性优于1°,经过激光频率分裂系统校正后,系统精度优于0.5°。     

高能COIL偏振态的实验研究

 通过两块楔镜补充衰减和中性衰减片相结合的能量衰减方法，测得了功率密度为20 W/mm² COIL的偏振态。采用角反射器作为稳定腔折返装置，提高了激光能量分布的均匀性。激光光束分别以45°的入射角入射到两块楔镜上，被楔镜反射后，垂直通过中性衰减片，最后进入偏振态测试仪。实验结果表明：在腔内没有任何偏振选择器件和不加外部电磁场的情况下，采用折叠式稳定腔的横流双模块氧碘化学激光光束呈现部分偏振性质，而且在出光过程中偏振度逐渐降低。     

共孔径偏振耦合分光的旋转四分之一波片相位补偿技术

 在地平式折轴望远镜中开展自适应光学激光导星实验，研究了共孔径发射接收信标激光束偏振耦合分光效率随望远镜方位角和天顶角变化的补偿技术。提出了一种由四分之一波片和法拉第旋光器构成的相位补偿器，通过旋转四分之一波片以实时补偿由于望远镜旋转导致的光路相位延迟量的变化。数值计算表明，望远镜处于任意方位角和天顶角位置时，通过1°步长旋转四分之一波片，可使补偿后的偏振分光效率理论上达到99.90％以上。实验从原理上定性地验证了该方法的有效性。只要测量出镜面的相位延迟，便可计算得到望远镜处于不同方位角和天顶角情况下有效补偿所需的四分之一波片旋转角度，据此可建立实用的旋转波片偏振补偿装置。     

基于模拟退火算法的偏振控制器波片相移特性研究

按晶体波片的快轴与水平方向成0°、45°、0°、45°顺序排列构造四波片偏振控制器。固定各波片的快慢轴,利用模拟退火算法进行反馈控制,通过改变各波片的相位得到所需的偏振态。仿真结果说明,利用模拟退火算法进行负反馈控制,其收敛速度较快,收敛后光强波动小于2%;该控制器能在各波片相移范围限制在0~2π情况下实现偏振态的无端控制。为消除可能出现的复位死角,在模拟退火算法基础上加入强制无端复位方法,复位过程稳定。控制过程中该控制器各波片的相移步长可变,但寻优过程中最大步长不超过3.36°,强制复位过程中最大步长不超过18°,因此控制电压的变化平缓。     

旋转波片偏振仪波片方位误差研究

旋转波片Stokes偏振仪是最常用的测量光束偏振态的仪器。波片快轴方位误差是影响旋转波片Stokes偏振仪的主要误差源之一。为了研究波片方位偏差对测量精度的影响,提出了一种描述波片快轴方位误差向最终的偏振测量误差传递的数学模型,并引入协方差矩阵法表征偏振测量误差。根据这一模型,获得最优的偏振仪配置参数。在推导过程中,假设波片方位误差服从同一高斯分布。基于此误差模型,得到如下结论：(1)由波片方位误差引入的测量误差与光强测量次数N成反比;(2)测量误差独立于入射光强度,但是依赖于入射光偏振态(s₁, s₂, s₃)和波片的位相延迟量δ;(3)波片位相延迟量在(103.22°, 116.13°)范围内时波片方位误差引入的测量误差最小。最后,经过仿真实验证明,所得解析结果与仿真模拟结果相一致。     

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。     

激光器件 化学激光器

TN248．5 2005053343 COIL用薄膜90°位相延迟高反射镜的研制=Fabrication of HR mirror with 90°phase retardance in COIL resonator [刊,中]／李刚(中科院大连化物所．辽宁,大连(116023)), 公发全…∥强激光与粒子束．-2005,17(2)．-161-163 在倍频膜系的设计基础上,优化设计出了激光45°入 射时对1315 nm和632．8nm双波长高反(HR)并在1315 nm处具有90°位相延迟的高反射镜,其基底材料为融石 英,高折射率材料为ZrO2,低折射率材料为SiO2。然后, 采用电子束蒸发手段制备了口径为900 mm的高反射位相 延迟镜。最后对该延迟镜的性能进行了测试。结果表明, 对632．8 nm波长的反射率≥95．0％,对1 315 nm波长的 反射率≥99．8％,位相延迟在90．235°～95．586°范围内。 图3表2参7(严寒)     

消色差λ/4波片的系统级标定方法研究

消色差/4波片具有一定的二向色性和相位延迟量误差,导致仪器偏振测量产生误差。从考虑全偏振CCD相机自身偏振效应的辐射模型入手,借助积分球辐射源和高精度辅助旋转偏振器,研究系统级非理想消色差/4波片的标定方法。结果发现:消色差/4波片的二向色性和相位延迟量参数随仪器的工作波长与带宽发生变化,波段650 nm（相位延迟量88.90）和750 nm（相位延迟量88.65）消色差效果相对较好,而波片在波段850 nm（相位延迟量84.33）相位量偏差较大;通过相位延迟量的标准误差分析,得出消色差/4波片的系统级标定方法精度优于0.8。     

共孔径偏振耦合分光系统中反射镜造成的相位延迟差的测量

 激光信标共孔径发射接收偏振分光系统的动态相位补偿需要测量望远镜各反射镜对s光和p光的相位延迟差。利用Stokes矢量和Mueller矩阵建立了物理模型，并推导出用测得的回光功率计算相位延迟差的解析式。提出一种通过实验测量回光功率计算反射镜相位延迟差的方法，解决了在0～2p范围内唯一确定反射镜相位延迟差的问题。实际测量了两块反射镜的相位延迟差，并将测量结果用于动态相位补偿偏振分光实验，验证了该方法的正确性。分析了偏振分光棱镜、法拉第旋光器以及近似计算这3个主要的测量误差源，并估计总测量误差约为1°。     

激光器内腔频差对双折射外腔激光回馈系统输出影响的理论及实验研究

玻璃材料的内应力关系及所在系统的稳定性、安全性和可靠性,是精密加工领域的重要问题.基于双折射外腔激光回馈效应的应力测量技术以其先进新颖的测量原理受到普遍关注.传统理论普遍认为双折射回馈系统中激光器的输出相位仅由外腔相位延迟决定,而将测量误差归因于外腔镜的非线性运动.本文结合正交偏振激光原理和三镜腔等效模型,测量了激光器的内腔双折射引起的频差大小,进行了频率调谐回馈实验,并根据结论计算了内腔频差对外腔相位延迟测量结果的影响,发现激光器的输出相位由外腔相位延迟、内腔频差、外腔长度共同决定.本文总结了内腔和外腔各向异性共同作用下激光器正交偏振态的相位特性,补充了激光回馈的物理内容,对于应力-双折射、位移、距离等重要参量的精确测量,都具有重要指导意义.     

A laser feedback interferometer with an oscillating feedback mirror

A method is proposed to solve the problem of direction discrimination for laser feedback interferometers.By vibrating the feedback mirror with a small-amplitude and high-frequency sine wave,laser intensity is modulated accordingly.The modulation amplitude can be extracted using a phase sensitive detector(PSD).When the feedback mirror moves,the PSD output shows a quasi-sine waveform similar to a laser intensity interference fringe but with a phase difference of approximately ±π/2.If the movement direction of the feedback mirror changes,the phase difference sign reverses.Therefore,the laser feedback interferometer offers a potential application in displacement measurement with a resolution of 1/8 wavelength and in-time direction discrimination.Without using optical components such as polarization beam splitters and wave plates,the interferometer is very simple,easy to align,and less costly.     

Zeeman双频激光器频率分裂与纵模间隔变动一致性分析

激光谐振腔内相位各向异性会引起频率分裂,两分裂模的频差大小由表现出的相位延迟所决定.对于腔内相位延迟较小的He-Ne激光器,两分裂模很接近,处于烧孔重叠区,存在模式竞争而不能同时振荡,形成隐频率分裂.同时,使得激光器两正交偏振方向上的相邻级纵模产生固定的变动量,其大小等于隐频率分裂量的2倍.如果沿激光偏振方向施加横向磁场,Ne原子谱线发生横向Zeeman分裂,增益原子分成两群,分别为平行于磁场和垂直于磁场方向偏振的光提供增益,大大减弱模竞争,使得激光器的两分裂模可同时振荡并测得频差.在谐振腔内放入倾斜的石英晶体片或半波片,由两种方法分别测量频率分裂量并进行比较.实验表明两种方法测量的结果均与理论计算相符,平均相对偏差不超过1%.据此可以准确得到Zeeman双频激光器的频差大小,并为半波片测量提供了新方法.     

外腔延时反馈半导体激光器混沌偏振可调控制方法研究

提出外腔延时反馈半导体激光器混沌偏振可调控制方法,分别建立了垂直正交偏振延时双反馈、同偏振面方向延时双反馈以及任意可调偏振延时双反馈激光动力学物理模型. 通过调节激光器外腔光路中的平面镜和光衰减器可控制一平面偏振反馈光的延时时间及光反馈量,或调节一偏振反馈光的偏振面到另一个偏振反馈光的偏振面方向上或者到任意偏振方向都可进行激光混沌控制. 数值结果证明该方法可以控制激光混沌到单周期态、多周期态等,还发现该控制可使激光器同时呈现偏振周期振荡、偏振反周期振荡、稳定三种动力学行为等. 关键词： 混沌 控制 激光器 偏振     

Phase retardation measurement by analyzing flipping points of polarization states in laser with an anisotropy feedback cavity

Phase retardation of wave plate is measured by analyzing flipping points of polarization states. Measured result and system error are analyzed. Nonlinearity of piezoelectric ceramic is an important error source. The nonlinearity is measured with an interferometer based on microchip Nd:YAG laser feedback phenomenon. The measured system of phase retardation, in this paper, is calibrated to the frequency splitting system. The accuracy of the system is improved. The measurement repeatability is better than 0.12° and the accuracy is better than 0.22°. This paper has a very important significance for wave plate high precision manufacture.     

激光遥感偏振成像系统光学元件调整及误差分析

改进了利用双旋转波片方法进行偏振成像的实验装置,提出了通过一次测量获得目标偏振度和强度编码图像的方法.运用光强法对激光遥感偏振成像装置的光学元件进行调整,通过斯托克斯和穆勒矩阵在偏振光学元件中的应用,给出了相应光学元件的调整原理、方法及过程.分析了激光器中心波长变动、偏振片的角度误差和波片的相位延迟及角度误差对整个系统的影响.结果表明,由偏振片角度和波片角度误差造成的出射光斯托克斯误差较小,不超过0.001,可以忽略;由波片相位延迟不精确造成的误差在0.02左右,所以应采用延迟精度较高的波片;激光器中心波长变化的影响最大,不能忽略,必须加滤光片使接收光的中心波长控制在808nm;镀有铝膜望远镜对接收到的散射光偏振度影响较小,适于激光遥感偏振成像系统的应用.     

Generation and Modulation of Phase Difference of Output Intensities in a Feedback Nd:YAG Laser with an Extracavity Waveplate Rotated

External anisotropic feedback effects on the phase difference behaviour of output intensities in a microchip Nd：YAG laser are presented. By rotating a quarter wave plate placed in the external cavity, the angle between laser initial polarization direction and o-axis of the wave plate is tuned from -45°to 45°, which results in variable extra-cavity birefringence along two orthogonal detection directions. With only one optical path and one wave plate, laser intensities of the two orthogonal directions, both modulated by the external cavity length, are output with a tunable phase difference, which can be continuously changed from zero to twice as large as that of the waveplate. Experimental results as well as a theoretical analysis based on Fabry-Perot cavity equivalent model and the refractive index ellipsoid, are presented. The potential applications of this phenomenon are also discussed.     

Anisotropic optical feedback of single frequency intra-cavity He--Ne laser

This paper presents the anisotropic optical feedback of a single frequency intra-cavity He--Ne laser. A novel phenomenon was discovered that the laser output an elliptical polarized frequency instead of the initial linear polarized one. Two intensities with a phase difference were detected, both of which were modulated in the form of cosine wave and a fringe shift corresponds to a λ/2 movement of the feedback mirror. The phase difference can be continuously modulated by the wave plate in the external cavity. Frequency stabilization was used to stabilize the laser frequency so as to enlarge the measuring range and improve the measurement precision. This anisotropic optical feedback system offers a potential displacement measurement technology with the function of subdivision of λ/2 and in-time direction judgment. The three-mirror Fabry--Perot cavity model is used to present the experimental results. Given the lack of need of lasing adjustment, this full intra-cavity laser can significantly improve the simplicity and stability of the optical feedback system.