百皮秒脉冲在掺镱双包层光纤放大器中的放大

研究了百皮秒脉冲在掺镱双包层光纤放大器(YDDCFA)中的放大特性及非线性效应。在1053 nm波段,分别对重复频率为70 MHz的准连续百皮秒信号和1 Hz的单脉冲百皮秒信号进行了放大。准连续脉冲输入信号平均功率为55 mW,谱宽为0.016 nm,饱和增益为7.02 dB,使用法布里-珀罗(F-P)干涉仪测量自相位调制(SPM)效应引起的信号光谱展宽为0.01 nm。单脉冲输入信号峰值功率为8.1 W,在输出峰值功率为6950 W、增益为29.3 dB时发生受激拉曼散射(SRS)效应,利用光纤布拉格光栅拉伸扫描的方法,观察到SPM和SRS效应引起的光谱变化,利用单模光纤的色散作用分离信号脉冲和斯托克斯脉冲,对SRS现象进行了判断,解决了单脉冲光谱不易观察的问题。实验结果表明,SRS效应是制约百皮秒脉冲放大的主要因素。     

一种基于光纤光栅法布里-珀罗腔的低频振动传感器

提出了一种基于光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的低频振动传感方案并进行了理论分析和实验研究。采用单频激光器作为光源,光纤光栅F-P腔通过两点涂胶方式粘接在等强度悬臂梁上,待测振动信号通过支架和悬臂梁将振动作用传至光纤光栅F-P腔,引起腔长周期性变化,从而改变光纤光栅F-P腔的反射光谱特性,通过解调输出光信号的振荡频率和峰值,即可实现对振动信号频率和幅值的测量。利用压电陶瓷模拟的低频振动信号进行了实验验证,测量结果与理论分析相吻合。该传感器测量灵敏度高,特别适用于微弱振动信号的测量。     

基于法布里-珀罗干涉仪的激光谱线特性测量研究

法布里-珀罗干涉仪(简称F-P干涉仪)是具有高光谱分辨能力的光学测量仪器.通过分析F-P干涉仪的干涉图样,能够测量光谱学中的超精细结构,因此在精密光学测量领域中具有重要的研究意义.本文从F-P干涉仪的基本特性出发,介绍干涉仪的基本结构,着重阐述了基于F-P干涉仪的激光谱线特性测量方法,以期为教学与科研提供参考.     

基于STC单片机F-P扫描干涉仪的设计

通过分析F-P扫描干涉仪的工作原理,基于STC89C52RC单片机,采用PA93功率放大器驱动压电陶瓷,设计了1 064nm平平腔结构的F-P扫描干涉仪。腔镜反射率为98%,精细度156,腔长0.1~100mm连续可调,对应自由光谱区1.5~1 500GHz和分辨率9.65~9 650MHz。压电陶瓷驱动电压和频率通过4×4矩阵键盘,可以在0~200V和1~30Hz连续可调,显示在1 602液晶屏上。同时可以通过RS232串口与计算机通讯,在上位机使用LabVIEW软件界面方便地设置压电陶瓷驱动电压和频率。最后使用该F-P扫描干涉仪,对激光二极管泵浦Nd:YVO4激光器纵模进行了测量,验证了整个系统的工作性能。     

单频脉冲光纤放大器中受激布里渊散射实验研究

从实验上研究了掺镱(Yb)双包层光纤放大器中单频脉冲信号放大时,受激布里渊散射(SBS)引起的脉冲畸变现象。实验中采用的单频双包层光纤放大器光纤长度14m,内包层直径130μm,纤芯模场直径6.5μm,在单频脉宽200 ns脉冲放大,且峰值功率3.3 W时观察到后向SBS脉冲,脉宽明显小于输入信号脉宽,分析了受激布里渊散射引起放大脉冲波形畸变的随机特性和功率特性,并采用自由光谱范围30 GHz的法布里-珀罗(F-P)扫描干涉仪验证了SBS频移。     

皮秒光纤激光脉冲两个关键问题的研究

窄带耗散孤子锁模光纤激光器可以产生接近变换限制的皮秒脉冲，但受非线性相移的限制，输出脉冲重复频率不能通过增加腔长来降低，脉冲能量仅在0.1 nJ以下，严重制约着这类皮秒脉冲的实际应用。提出一种通过耦合器抽取腔内脉冲能量、抑制腔内非线性相移积累，进而允许增加腔长来降低窄带耗散孤子皮秒光纤激光脉冲重复频率的方法。运用该方法，成功地将激光器重复频率由35.2 MHz降低到了1.77 MHz，且脉冲时频特性保持不变。提出了一种基于级间FBG陷波滤波的抑制皮秒脉冲光纤放大中光谱展宽的方法。通过简单地使用级间陷波滤波器，既可窄化第一级光纤放大器后的输出脉冲谱宽，允许采用第二级光纤放大器进一步提升脉冲能量，而且，还可将脉冲重塑为近高斯形，利用高斯脉冲光谱展宽斜率小的特点，允许第二级光纤放大器将脉冲能量提升得更高。利用该方法，在RMS（均方值）谱宽保持0.4 nm以内的前提下，10 ps脉冲经标准单模光纤放大器后，能量可由0.2 nJ可提升到10 nJ以上。     

基于光纤Bragg光栅F-P滤波器及复合双环腔滤波器的单纵模掺铥光纤激光器

提出了一种基于光纤Bragg光栅Fabry-Pérot (F-P)窄带滤波器和复合双环腔滤波器的单纵模掺铥光纤激光器。通过对复合双环腔进行数值仿真并实验制作,结合光纤Bragg光栅F-P滤波器的窄带滤波特性,实现了光纤激光器的单纵模选取。激光器输出波长为1 941.56 nm,光信噪比为55.8 dB,70 min内的波长和功率波动分别小于0.019 nm和1.464 dB。由自制的基于非平衡迈克尔逊干涉仪线宽测试系统测量了所提出的掺铥光纤激光器输出单纵模激光的频率噪声特性,并用β线方法由频率噪声谱估计了不同测量时间下的激光线宽,2 ms测量时间下的典型激光线宽值为14.194 kHz。     

减敏控制光纤法布里-珀罗腔单值性用于解调振动频率

通过对光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot cavity,F-P)腔单波长功率监测,对时域信号进行快速傅里叶变换(FFT),检测振动信号频率.建立了F-P腔的瞬时响应模型.发现透射响应比反射响应有微小延时,证明了F-P腔的多次反射原理对于一般频率不超过几十千赫兹的振动信号的测量没有影响.直接作用在F-P腔上的振动较强时,超过解调单值范围,波形发生畸变.通过增大振动源与F-P腔的距离控制解调单值性,当距离增至8 cm时,获得相对准确的解调结果.     

利用单光源光电振荡器实现多波长光脉冲与电时钟信号产生

提出了一种利用单光源光电振荡器(OEO)结构实现多波长光脉冲输出的方案.通过一个直调光源和光谱切片技术在OEO腔内可以产生不同中心波长的光脉冲和电时钟信号.腔内多个波跃通道自然形成的多环路结构可以有效地抑制信号边模.在5 GHz频率的实验演示中,该系统产生了脉宽约10 ps,抖动1 ps的单波长脉冲、20 GHz(4×5 GHz)的时分复用脉冲与波/时分复用脉冲.所得到电时钟信号的相位噪声在频偏10 kHz处为-113 dBc/Hz,边模抑制比为100 dBc/HZ.     

宽光谱全正色散锁模掺镱光纤激光器

介绍了一种全正色散宽光谱被动锁模掺镱光纤激光器,利用非线性偏振旋转技术实现全正色散掺镱光纤激光器的被动锁模.当泵浦功率输出为500mW时,激光脉冲输出功率大于139mW,重复频率约为28.1MHz,脉冲宽度为3.8ps.为了进一步研究全正色散光纤激光器的宽光谱输出特性,在腔内熔接50m单模光纤,同时去除双折射滤波片,在泵浦功率为500mW时,观察到稳定锁模单脉冲耗散孤子,光谱范围为1 005~1 140nm,输出激光脉冲最大平均功率为90mW,重复频率为3.58MHz,脉冲宽度为519ps.     

基于PA92的F-P扫描干涉仪设计

使用STM32F103ZET6单片机控制,采用PA92功率放大器驱动压电陶瓷,设计了532nm平平腔结构的F-P扫描干涉仪。腔镜反射率为99%,精细度310,腔长0.1~150mm连续可调,对应自由光谱区1~1500GHz和分辨率3.2~4800MHz连续可调。压电陶瓷驱动电压和频率通过编码器调节,可以在0~200V和1~100Hz连续可调,并显示在数码管上。同时可以通过RS232串口与计算机通讯,在上位机使用LabVIEW软件界面方便地设置压电陶瓷驱动电压和频率。使用F-P扫描干涉仪,对激光二极管泵浦Nd∶YVO4/KTP绿光激光器纵模进行了测量,验证了整个系统的工作性能稳定可靠。     

基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术研究

中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈实现激光到F-P腔锁定的可行性,利用一个高精细度中红外超稳F-P腔作为频率参考,基于光学反馈技术实现了量子级联激光器到该超稳腔的锁定.经过评估得到激光器线宽被压窄到1.1 Hz,压窄激光线宽的同时稳定了激光频率,将激光器的长期漂移控制在20 kHz/12 h.其中,为了获取长时间稳定的光学反馈,基于PDH技术获取了误差信号,用于对反馈相位的实时伺服控制.     

采用多通腔望远镜谐振腔结构的10MHz重复频率飞秒钛宝石激光器特性研究

通过在钛宝石激光腔内引入望远镜长腔系统增加腔长,实现了重复频率低到10?MHz的飞秒激光振荡,在5?W的抽运功率下获得了平均输出功率200?mW、单脉冲能量20?nJ的稳定输出. 在此基础上分析了腔内不同色散情况下的输出脉冲光谱和脉宽特性,结果表明在腔内存在一定负色散的情况下,锁模脉宽可接近转换极限,最短脉宽可达56?fs. 而在正色散的情况下,锁模输出的脉宽较宽,并且随着腔内正色散的增多,脉宽可到大于600?fs,锁模光谱也呈马鞍形. 关键词： 钛宝石激光器 飞秒脉冲 低重复频率 望远镜腔     

结合二维分光光谱仪与可调谐法布里-珀罗干涉仪的超高分辨率光谱测量技术研究

提出并实验演示了一种新型的超高分辨率光谱测量技术,通过将二维分光的高分辨率面阵光谱仪和可调谐法布里-珀罗(F-P)干涉仪相结合来实现超高分辨率的光谱测量,其中高分辨率面阵光谱仪的分辨率优于可调谐F-P干涉仪的自由光谱范围(FSR)。所采用的可调谐F-P干涉仪光谱范围为780~840 nm,FSR为3.75 GHz,精细度大于100。利用虚拟成像阵列和平面衍射光栅构建了二维分光面阵光谱仪,实现了17.4 nm(792~809.4 nm)光谱范围内0.7 GHz的光谱分辨率,分辨率值高于可调谐F-P的FSR。二者的结合实现了优于37.5 MHz的超高光谱分辨率。利用所构建的光谱仪实际测量了锁模钛宝石激光器的激光光谱,证实可以较为清晰地分辨其间隔为76.3 MHz的各个纵模。     

重复频率倍增光频梳时域互相关绝对测距

利用法布里-珀罗标准具对光纤光频梳的重复频率(重频)进行倍增,使光频梳重频从最初的250 MHz提升至10 GHz,对应的脉冲间距从1200 mm缩减至30 mm,极大地降低了脉冲互相关测距方法对参考臂扫描范围的需求.建立了重频倍增光频梳的时域互相关干涉信号数学模型,通过数值模拟分析了光源参数(重频、起始偏移频率)和法布里-珀罗标准具参数(色散、腔长、中心波长)对滤出光谱形状以及互相关信号的影响.在实验中,使用重频倍增后的光频梳进行脉冲互相关干涉绝对测距,与参考干涉仪对比,在210 mm范围内获得优于4μm的测距精度.     

Fabry-Perot可调谐滤波器多级透射峰的抑制方法

为满足高光谱遥感应用对分光元件宽工作光谱范围的要求,根据Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器出现透射率极大值的相位条件,通过划分滤波器的工作光谱范围,选定干涉级数,确定F-P腔的腔长变化区间,来抑制F-P可调谐滤波器的多级透射峰。该方法可以有效拓展F-P可调谐滤波器的自由光谱范围,使其光谱扫描特性满足高光谱遥感应用要求。     

激光稳频技术的新发展(Ⅱ)──连续激光器的稳频技术

一、利用基准元件的色散曲线 构成光频标准[1] 光学干涉仪(F-P腔)或原子分子谱线是理想的鉴频器,利用光学和光谱学的有关技术(如饱和光谱学)压缩谱线宽度,即可获得精度极高的光频参考基准.以前是利用透射辐频特性曲线,采取两种方法来进行激光稳频的.一种方法是通过调制、同步检波系统获得谱线的微分曲线,借此稳定激光频率,其缺点在于系统是窄带的,鉴频曲线的下摆部窄小,外界引起的光频跳变很易导致失锁,并且失锁后无法判断.另一种方法是通过宽带反馈系统将激光稳定在共振线的侧沿上,这种方法有利于提高激光频率的短期稳定性,但光轴偏移以及…     

基于啁啾光纤布拉格光栅的掺镱保偏锁模光纤激光研究

利用啁啾光纤布拉格光栅作为光谱滤波器和色散控制元件来控制掺镱保偏锁模光纤激光的光谱形状和腔内色散.实验装置采用线性腔设计,利用半导体饱和吸收镜作为锁模器件,实现掺镱保偏光纤激光器的被动锁模激光输出.当泵浦功率为52 mW时,获得了脉冲宽度为4.26ps,重复频率为15.7 MHz,平均功率为9.8mW的稳定锁模脉冲激光输出.输出激光中心波长为1 030nm,3dB谱宽为7.2nm,对应理想傅里叶变换极限脉宽约为150fs.     

带微通道的新型光纤法布里-珀罗折射率传感器

报道了一种新型结构的光纤法布里-珀罗(F-P)折射率传感器。使用腐蚀工艺在切割好的掺铒光纤端面制作一个封闭的微槽,然后与一段单模光纤熔接形成封闭的F-P腔。腐蚀产生的微槽底部是一个凹谷,靠近凹谷切割并研磨产生一个微通道,同时光束也能够返回并不损坏F-P干涉仪,利用毛细作用液体可进入F-P腔。根据F-P干涉原理,传感头反射光谱的波谷波长与腔内折射率成线性关系。实验表明当折射率在1.3333～1.3899内变化时,线性度为0.9996,灵敏度为1068 nm/RIU(refractive index unit)。该传感器为全光纤结构,具有体积小、结构稳定、精度高、耐腐蚀等特点,适用于液体和气体折射率的微型化测量。     

温控共振频率可调谐窄带F-P干涉滤波器

报道了一种由温度控制,共振频率可调谐的窄带F-P干涉滤波器.该F-P干涉滤波器的自由光谱区为13.6 GHz,透射带宽(透射峰半高处线宽)约为541 MHz.通过控制其温度变化,改变F-P干涉滤波器两端面间距,可使共振透过F-P干涉滤波器的激光频率连续调谐.实验测得当激光频率与F-P干涉滤波器共振时,透射率可达82%,同时与共振频率相差2 GHz～10 GHz的激光可被该F-P干涉滤波器反射掉,反射率达99.3%-99.7%.当控制温度波动小于4-0.005℃时,透射过F-P干涉滤波器的激光功率波动小于2.5%.