受激布里渊散射对激光在水中衰减特性的影响

测量了不同能量的光束，通过不同长度的水介质在窄线宽与宽线宽两种情况下的衰减系数，研究了受激布里渊散射对激光在水中衰减特性的影响.结果发现，激光光束在水中传播时的衰减系数与激光光强和线宽有关，而不是通常情况下所认为的常数.还从理论上进行了分析.     

受激布里渊散射对激光在水中衰减特性的影响

测量了不同能量的光束,通过不同长度的水介质在窄线宽与宽线宽两种情况下的衰减系数,研究了受激布里渊散射对激光在水中衰减特性的影响.结果发现,激光光束在水中传播时的衰减系数与激光光强和线宽有关,而不是通常情况下所认为的常数.还从理论上进行了分析. 关键词： 衰减系数 受激布里渊散射     

PPLT倍频宽线宽掺镱双包层光纤放大激光

分别通过理论和实验研究了周期性极化的钽酸锂（PPLT）倍频宽线宽准连续掺镱双包层光纤放大激光.PPLT样品长为40 mm，极化周期为7.67 μm.基频光的中心波长为1064 nm，线宽约为6 nm.从基频光的光谱特性出发，利用超晶格倍频理论，解释了实验中获得的倍频温度与二次谐波功率之间的关系.在基频光的功率为2.2 W时，获得的宽线宽光纤激光倍频效率为1.8%.     

激光光源线宽对外差探测性能的影响

本文根据统计理论分析了激光线宽对外差探测结果的影响, 并讨论了激光线宽对杨氏干涉条纹对比度的影响. 本文基于解析结果做了数值仿真, 所得结果表明激光线宽增加时, 外差探测方式仍可以检测到中频信号, 但在线宽较大时, 受噪声影响无法准确地提取到中频频率. 为验证理论分析结果, 使用线宽为1 MHz的激光光源进行了8.1 km外场实验, 实验结果与数值分析结论一致, 即不会因为线宽增加而无法检测到中频信号. 文中所得结论对于外差探测光源的选择有重要指导意义, 因此根据测量目标的特性和测量要求, 可按照文中结论评估光源的线宽指标.     

CARS技术中泵浦激光光场相干特性的研究

本文从理论上指出，在分子振动能级的横向弛豫时间远小于激光相干时间的条件下，相干反斯托克斯喇曼散射（ＣＡＲＳ）信号能够反映出激光光场的相干特性，据此可直接了解其相干时间并推算出激光的线宽。实验记录了苯、甲苯的ＣＡＲＳ光信号与激光延时时间的关系，得出了激光的相干时间和线宽。     

受激布里渊散射的线宽压缩及时间相干性

首先从实验上研究了受激布里渊散射(SBS)的线宽压缩效应. 发现线宽压缩直接受到脉宽压缩的影响. 进而提出了一种通过测量SBS脉宽来测量SBS线宽的新方法. 在此基础上, 详细讨论了SBS的时间相干性, 指出 SBS的时间相干性不是固定不变的, 而是随线宽压缩的程度发生变化. 最后指出 SBS的脉宽压缩率和时间相干性不能同时达到最佳值.     

受激布里渊散射的线宽压缩及时间相干性

首先从实验上研究了受激布里渊散射(SBS)的线宽压缩效应. 发现线宽压缩直接受到脉宽压缩的影响. 进而提出了一种通过测量SBS脉宽来测量SBS线宽的新方法. 在此基础上, 详细讨论了SBS的时间相干性, 指出 SBS的时间相干性不是固定不变的, 而是随线宽压缩的程度发生变化. 最后指出 SBS的脉宽压缩率和时间相干性不能同时达到最佳值.     

双光子聚合多次快速扫描机制与小线宽研究

采用自由基浓度起伏理论并考虑光镊集聚效应,理论研究了飞秒激光双光子聚合多次快速扫描的线宽问题。根据双光子光聚合过程中自由基浓度随时间变化的关系,考虑光镊力及自由扩散效应对自由基分布的影响,得到了多次快速扫描加工线宽的表达式。研究了多次扫描过程中产生自由基浓度随扫描次数的变化、双光子聚合加工不同扫描次数下加工线宽随激光功率的变化、多次扫描过程中间隔时间对于加工线宽的影响。多次扫描的线宽表达式可以直接回归至单次扫描的一般公式,且理论结果与文献中实验加工线宽相吻合,两者误差在2%。控制扫描间隔时间,减少自由基的向外扩散运动以及被树脂材料内大分子猝灭,使得活性自由基的分布更为集中,可以获得更小的加工线宽。研究结果为飞秒激光双光子更小线宽加工的研究提供了新的思路,为飞秒激光多次快速扫描加工提供了理论依据。     

光梳主动滤波放大实现锶原子光钟二级冷却光源

提出一种结合注入锁定技术的主动滤波放大方法,将光梳直接注入锁定至光栅外腔半导体激光器,产生窄线宽激光光源,该光源可以用于锶原子光钟二级冷却.实验中,将中心波长为689 nm,带宽为10 nm的光梳种子光源注入689 nm光栅式外腔半导体激光器,通过半导体增益光谱与半导体光栅外腔,从飞秒光梳的多个纵模梳齿中挑选出一个纵模模式来进行增益放大,再通过模式竞争,实现单纵模连续光输出;同时,光梳的重复频率锁定在线宽为赫兹量级的698 nm超稳激光光源上,因此,注入锁定后输出的窄线宽激光也继承了超稳激光光源的光谱特性.利用得到的输出功率为12 mW的689 nm窄线宽激光光源实现了88Sr原子光钟的二级冷却过程,最终获得温度为3μK,原子数约为5×10~6的冷原子团.该方法可拓展至原子光钟其他光源的获得,从而实现原子光钟的集成化和小型化.     

红外扫描和频振动光谱系统的激光线宽与光谱分辨率

本文报道了一个简化的利用可见光和红外光带宽来计算和频光谱分辨率的公式. 公式显示和频振动光谱的Voigt线宽可以通过振动模式的均匀线宽(洛伦兹线宽)、非均匀线宽(高斯线宽)、红外光与可见光的高斯线宽计算获得. 利用本实验室新搭建的频率分辨及偏振分辨的皮秒和频光谱系统验证了该公式的准确性. 实验结果显示,本激光系统获取的红外光的高斯线宽为1.5 cm^-1. 本激光系统的光谱分辨率约为4.6 cm^-1,结果与胆固醇单层膜光谱获取的光谱分辨率(3.5~5 cm^-1)基本一致.     

1.06kW 13GHz线宽全光纤激光器

分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射(SBS)效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400μm掺Yb光纤最终实现了中心波长1064nm、线宽13GHz、最高功率1.06kW的激光输出,光束质量M21.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。     

Generation of 10-GHz ultra-short pulses with low time jitter in an actively mode-locked fiber laser

We have experimentally achieved the 8.3-ps ultra-short pulse at 10 GHz repetition rate with the time jitter as low as 590 fs in an actively mode-locked fiber ring laser. The ring-cavity laser is mode-locked by a semiconductor optical amplifier based on cross-gain modulation. The external CW source is modulated with radio frequency signal by an amplitude modulator as the external optical pulses and, then, injected into the fiber ring cavity to achieve active mode locking. Further investigating the laser output characteristics, it indicates that the linewidth of employed CW source affects properties of the generated ultra-short pulse, such as phase noise and time jitter. Ultra-short pulse at high repetition rate with low time jitter can be generated by the optimization of CW laser source.     

Continuous wave, 30 W laser-diode bar with 10 GHz linewidth for Rb laser pumping

A laser-diode bar incorporated into an external cavity with a volume Bragg mirror produced 30 W of cw output power within a 20 pm (10 GHz) spectral linewidth (FWHM) centered at 780 nm. The device output power exceeded 90% of that for the free-running laser-diode bar. The emission wavelength was tuned over a 400 pm range without broadening laser spectrum width. Absorption of 90% of the laser radiation by a 25 mm vapor cell containing Rb that has been pressure broadened with 300 torr of ethane was demonstrated.     

相位调制信号对窄线宽光纤放大器线宽特性和受激布里渊散射阈值的影响

高功率窄线宽光纤放大器的输出功率主要受限于受激布里渊散射(SBS)效应,通过相位调制进行线宽展宽可以有效抑制SBS效应.基于窄线宽光纤放大器中的SBS动力学模型,研究了正弦信号、白噪声信号和伪随机编码信号(PRBS)对窄线宽光纤放大器光谱特性与SBS阈值的影响.研究发现,采用不同信号进行相位调制时,调制频率和调制深度等参数对调制后激光光谱的谱线间隔、谱线数目与光谱平整度的影响存在较大差异,进而影响放大器的线宽特性和SBS阈值.通过对比分析,给出了调制信号的类型选择和参数优化原则,能够为窄线宽光纤放大器的相位调制系统设计提供参考.     

用于光频传递的通信波段窄线宽激光器研制及应用

通信波段窄线宽激光器在基于光纤的光学频率传递中有着重要应用. 本文报道了1550 nm超窄线宽光纤激光器的研制及其在光学频率传递中的初步应用结果. 利用一台激光光源, 分别锁定到两个参考腔上(精细度分别为344000和296000), 锁定后经拍频比对测得单台激光线宽优于1.9 Hz, 秒级频率稳定度为1.7×10^-14, 优于国内同类报道. 将研制的超窄线宽激光器用于光纤光学频率传递, 在50 km光纤盘上实现了 7.5×10^-17/s的传递稳定度, 较采用商用光纤激光器提高了3.2倍.     

Modulation transfer in Doppler broadened Λ system and its application to frequency offset locking

We investigate modulation transfer through pump induced atomic coherence in pump-probe spectroscopy of Doppler broadened medium of cesium atoms. The mechanism of modulation transfer is discussed for a three level Λ configuration under slow frequency modulation. Modulation transfer is demonstrated by performing frequency modulation spectroscopy (FMS) on a sub-natural linewidth (<2 MHz) electromagnetically induced transparency (EIT) signal. Here the pump laser is modulated by acousto-optic frequency modulation and the modulation is transferred to the probe laser through atomic coherence. Finally the probe laser is locked on the first derivative spectrum of EIT signal. Such atomic frequency offset locking system totally removes the necessity of direct modulation of laser frequency, so that the spectral resolution is limited only by the practical linewidth of the laser systems. Moreover it provides a novel way to eliminate the additional frequency and intensity noise associated with direct frequency dithering, which may limit the experimental resolution.     

Frequency drift and instantaneous linewidth broadening of phase-section tuned SG-DBR laser

We experimentally investigate the spectral dynamics of a phase-section tuned sampled-grating distributed Bragg reflector (SG-DBR) laser by using optical heterodyne method. The measured time-resolved spectra of the beat signal illustrate that the beat signal suffers from both frequency drift and instantaneous spectrum broadening, which indicates that the wavelengths of the lightwaves experience drift and jitter. We study the variation of frequency drift and instantaneous linewidth broadening with applied voltages. It is helpful in selection of optimum operating conditions and design of experimental setup. Experimental results demonstrate that the pulse-waveform can be used to reduce the frequency drift by shorting the beating time.     

基于次谐波调制光注入半导体激光器获取窄线宽微波信号的实验研究

实验研究了处于单周期振荡的光注入半导体激光器在频率等于单周期振荡频率一半的1/2次谐波调制下所产生的微波信号的特性.实验结果显示:在合适的注入条件下,处于单周期(P1)振荡的光注入半导体激光器可输出频率可达26.5 GHz、光谱具有单边带结构的光生微波信号,但微波信号的线宽比较宽(MHz量级);通过采用频率为单周期振荡频率一半的次谐波信号调制光注入半导体激光器,可将微波线宽从十几MHz压缩到几十k Hz.进一步分析了次谐波调制信号的功率以及频率对微波信号的相位噪声的影响,并在由次谐波调制信号的功率和频率构成的参数空间绘制出了能实现次谐波频率锁定的分布区域.     

远程干涉型光纤传感系统的非线性相位噪声分析

以远程干涉型光纤传感系统为背景, 研究了系统非线性相位噪声构成, 对各构成要素的具体影响进行了详细分析和综合评价, 简要讨论了噪声抑制方案. 研究表明, 系统相位噪声主要包括强度噪声转化而来的相位噪声、非线性效应引起激光 线宽展宽导致的相位噪声以及自相位调制和交叉相位调制引入的相位噪声. 受激布里渊散射和四波混频可引入强度噪声并转化为相位噪声, 对于探测带宽较窄的光纤传感系统, 四波混频引入的该部分噪声往往可以忽略. 受激布里渊散射、四波混频和调制不稳定性都可引起激光线宽展宽从而造成相位噪声的增大. 当系统信道数目较多时, 交叉相位调制对相位噪声的贡献不可忽略. 所得结论对远程干涉型光纤传感系统的实际应用具有重要的指导意义.     

Characterization of frequency-tripled nanosecond pulsed Ti:sapphire laser injection seeded by a frequency-scanning cw Ti:sapphire laser by use of optogalvanic spectroscopy of silicon atoms

The performance of a narrow-linewidth nanosecond pulsed deep-UV coherent light source consisting of a frequency-tripled nanosecond pulsed Ti:sapphire laser injection seeded by a frequency-scanning cw Ti:sapphire laser has been characterized by using optogalvanic spectroscopy of silicon atoms as a diagnostic. The envelope of the optogalvanic spectrum indicates the pure Doppler broadening of silicon atoms, which was estimated to be as broad as 4 GHz, without the broadening effect from the laser linewidth itself.