激光二极管自混合干涉信号随外腔长度衰减

理论分析了激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增大的变化特点及规律。从复合谐振腔干涉函数出发,推导出激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增加指数衰减,衰减系数与光频虚部成正比,并给出光频虚部和实部满足的超越方程组。求解该超越方程组得到,当外腔长度超过一个临界值时,光频虚部随外腔长度近似反比衰减,则激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增加衰减很缓慢;当外腔长度小于该临界值时,外腔反馈会使光频虚部增大,而且光频虚部随外腔长度变化而振荡,激光二极管自混合干涉信号出现复杂的状态。外腔反馈强度越大,或激光单模线宽越大,这一外腔长度的临界值则越小。分析激光二极管自混合干涉还需要考虑外腔反馈对光频虚部的影响。     

用激光二极管自混合干涉测量距离

通过改变激光二极管工作电流,利用自混合干涉信号的相位变化来测量外腔长度.激光二极管工作电流变化导致激光频率变化.工作电流变化引起的干涉信号的相位变化与外腔长度成正比.干涉信号的相位变化2π,对应光频变化的等效长度的1/2.由于改变工作电流激光二极管激光光频可调节范围远小于激光频率,光频变化的等效长度远大于激光波长,激光二极管自混合干涉测量距离的精度远小于测量位移的精度.     

多纵模激光二极管自混合干涉的观察和分析

自混合干涉信号的幅度和波形均会随外腔静态长度发生周期性变化。实验测量了干涉信号幅度和波形随外腔静态长度的变化,并用多模自混合干涉信号叠加的方法计算分析了干涉信号的幅度随外腔静态长度的变化,然后考虑反馈光对内腔反射率和激光介质增益的影响计算分析了干涉信号的波形随外腔静态长度的变化。结果表明,多模激光自混合干涉信号随外腔静态长度变化的周期为内腔的光学长度,而其主极大区域的宽度为激光的相干长度,小于内腔的光学长度。多纵模自混合干涉信号的叠加导致自混合干涉信号的幅度随外腔静态长度发生周期性变化,而波形随外腔静态长度周期性变化则是内腔反射率和激光介质增益均受反馈光影响导致的非线性的结果。     

光纤激光器自混合干涉效应研究

针对光纤激光器自混合干涉传感应用,研究了光纤激光器自混合干涉特性,运用四镜法布里-珀罗腔模型对掺铒线形腔光纤激光器自混合干涉效应进行了理论分析,对不同反馈水平下的自混合干涉信号进行了数值模拟,获得了光反馈条件下光纤激光器输出特性.外腔长度的改变会调制激光器的输出强度,外腔长度变化半个波长,对应一个干涉条纹,弱反馈条件下,由反馈引起的激光器的频率变化可以忽略.设计了基于光纤激光器的自混合干涉实验,实验结果和理论分析相符合.此研究结果为进一步开展光纤激光器的自混合干涉传感应用研究奠定了理论与实验基础.     

外腔反馈光对内腔中光子态密度的影响

研究了外腔反馈对内腔有效长度和内腔中光子态密度的影响,并对自混合干涉可能产生的作用进行了分析讨论。研究表明,外腔反馈光不仅改变法布里-珀罗腔前端面反射率,也会引起等效腔长不连续变化,导致腔内光子态密度不连续变化。因此,外腔反馈光使量子效率发生连续及不连续改变,导致介质增益系数和饱和光强也出现连续及不连续改变。而且强外腔反馈引起复合腔模式的变化不会使自混合干涉信号出现阶跃变化,同时外腔反馈光对载流子寿命影响很小,显著减小了载流子辐射复合寿命,提高辐射复合效率,削弱非辐射复合效率。     

双法布里—珀罗干涉仪传感模型的理论分析

本文提出了一种用发光二极管作为光源、用自聚焦透镜构成法布里-珀罗腔的双法布里-珀罗干涉仪光纤位移传感模型.根据部分相干光的干涉理论,得到了这个传感模型输出光强与两个法布里一珀罗干涉仪腔长之差的函数曲线.     

利用自相位延迟方法测量单块腔反馈半导体外腔激光器的线宽

提出了采用单块折叠法布里-珀罗(F-P)腔作为外腔反馈元件实现窄线宽半导体激光器,采用单块腔的光学反馈来锁定外腔激光器,使用自相位延迟法测量该窄线宽激光器的线宽。实验结果表明,激光器线宽小于35kHz。实验还观测到由于单块腔耦合面上各耦合点的几何量和物理量误差不一样,随着折叠面兼输入输出耦合面上的耦合点的变化,外腔激光器的线宽发生改变。     

一种新型可调谐锁模光纤激光器

利用法布里-珀罗腔的激光二极管作为调制器件，实现环形腔光纤激光器的主动锁模。并利用法布里-珀罗腔的激光二极管的多纵模特性，把激光二极管当作一梳状滤波器，通过偏振控制器来调整入射到激光二极管内光的偏振态，同时均衡腔内增益，得到波长大范围可调谐的锁模激光，其脉冲宽度约为48ps，脉冲重复速率2GHz。     

检测法布里-珀罗滤波器传输时延的谐振腔方法

提出一种谐振腔方案用于测量法布里-珀罗滤波器的光传输时延.将法布里-珀罗滤波器置于谐振腔中,根据谐振腔长与谐振频率的关系,将滤波器的传输延时量转化为谐振基频的减小量进行测量.实验测得谐振基频的变化量为0.167MHz,对应谐振腔长的变化量为3.570m.除去器件的尾纤等包装长度,滤波器的传输延时为1.542m.该方案不依赖于镜面反射系数、精细度等滤波器参数,可顺利测得光信号经过高精细度法布里-珀罗滤波器的传输时延,甚至可实现很小尺寸的滤波器时延测量.通过谱分析法测量得到延时量为1.581m,验证了实验结果的正确性.     

高斯光束斜入射法布里-珀罗干涉腔后的反射光强分布

基于多光束干涉原理,推导了高斯光束斜入射法布里-珀罗干涉仪后的反射光强表达式.在此基础之上数值研究了入射角对高斯光束的反射特性的影响.研究结果表明:当法布里-珀罗干涉腔的腔长满足反共振时,随着入射角的增大,反射光的光强分散,峰值强度下降后呈现出幅度衰减的波动;峰值位置随着入射角的增大,呈现出幅度越来越小的振荡偏移;光斑大小随入射角的增大,呈现出幅度减小的振荡.     

利用法布里-珀罗腔抑制电光相位调制中的剩余幅度调制

激光经电光相位调制后,由于剩余幅度调制的存在造成调制边带幅度不相等。利用法布里-珀罗腔的透射特性和Pound-Drever-Hall技术对通过法布里-珀罗腔的调制光正、负一级边带的幅度产生不同的衰减,使得调制边带的幅度相等,从而实现对电光相位调制中剩余幅度调制的抑制。采用该方法,理论上计算了调制光经法布里-珀罗腔后的光外差光谱信号,获得锁定法布里-珀罗腔后调制边带幅度的不对称度较腔锁定前减小四个数量级。实验研究了调制光经法布里-珀罗腔透射的光外差光谱,结果表明将法布里-珀罗腔锁定于该透射光外差光谱中心零位时,对剩余幅度调制的抑制程度可达45 dB。     

用傅里叶变换谱稳定法布里-珀罗型光纤水听器的工作点

介绍了闭环反馈控制法稳定法布里-珀罗型光纤水听器相位工作点的基本原理,给出了法布里-珀罗型光纤水听器的声压相移灵敏度的表达式,推导了法布里-珀罗干涉透射光强替代函数的傅里叶变换解析式,用MathCAD软件绘制了该式对应的傅里叶变换谱线,通过谱线可以直观地了解系统输出信号的组成和特点。在实验中用频谱分析仪器记录了法布里-珀罗型光纤水听器透射光强的傅里叶变换谱,与软件仿真的理论谱线较好地吻合。通过实验进一步指出反馈临界点频率的选择方法,检验了反馈控制法在法布里-珀罗型光纤水听器相位工作点稳定过程中的实际效果,证明了该方法的可行性。     

小型可调谐单纵模TEA CO2激光器

对在三镜腔中插入法布里-珀罗(F-P)标准具实现单纵模激光输出的方法进行了分析,计算了激光器的输出特性。设计研制了一台单纵模可调谐TEA CO2激光器。采用在三镜腔中插入F-P标准具的方法实现了单纵模激光的调谐输出。当激光器以5 Hz重复频率运转时,得到9P(16)谱线能量大于200 mJ,脉冲宽度约为150 ns。     

用于光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔的改进的Rouard算法

比较了光纤布拉格光栅法布里一珀罗腔的极限法、平衡法及传输矩阵法3种算法,证明了它们是一致的,指出了光纤布拉格光栅复振幅传输矩阵的相移特性对法布里一珀罗腔透射率的影响.对计算任意折射率调制的光纤布拉格光栅的Rouard算法进行了改进,在分层方法中考虑了折射率分布初始相位的影响,获得了更为准确的反射复振幅相位特性,将该结果应用于计算光纤布拉格光栅法布里一珀罗腔,得到了光纤布拉格光栅法布里一珀罗腔具有多峰结构的透射谱,并经过实验验证了该理论的正确性.     

Single atom as a mirror of an optical cavity

By tightly focusing a laser field onto a single cold ion trapped in front of a far-distant dielectric mirror, we could observe a quantum electrodynamic effect whereby the ion behaves as the optical mirror of a Fabry-Pérot cavity. We show that the amplitude of the laser field is significantly altered due to a modification of the electromagnetic mode structure around the atom in a novel regime in which the laser intensity is already changed by the atom alone. We propose a direct application of this system as a quantum memory for single photons.     

Self-mixing interference effects in orthogonally polarized dual-frequency Nd:YAG lasers at different feedback levels

The self-mixing interference effects are investigated in birefringence dual-frequency Nd:YAG lasers at different optical feedback levels. For weak feedback level, both of the intensities of the two modes are sinusoidally modulated by external cavity length with a feedback period of half laser wavelength. While these two modes can only coexist in a part of feedback period at moderate feedback level, i.e., one mode reaches its maximum intensity, the other one extinguishes. At high feedback level, complete polarization switching (one mode oscillating, the other one extinguishing) between two polarized modes is observed, and every switching corresponds to quarter-wavelength variation of external cavity length. Furthermore, two feedback schemes, i.e., isotropic optical feedback (IOF) and polarized optical feedback (POF) are taken into account. The theoretical analysis based on a model of two-mode-coupled laser is presented, which is in good agreement with experimental results. Our results can advance the research of self-mixing interferometer of orthogonally polarized dual-frequency lasers.     

半导体激光器的自混合散斑干涉测量流体速度

提出了一种简便的激光自混合散斑干涉测量流体速度的方法。根据散斑和法布里-珀罗腔的理论,提出了半导体激光器的自混合散斑干涉模型。研究了流体运动时在半导体激光器内产生的自混合散斑干涉效应(SMPI),给出了激光器输出增益的变化及其概率密度分布。得到了激光自混合散斑干涉平均频率与流体速度之间的关系。模拟计算和实验结果验证了这个关系。利用散斑干涉的平均频率与流体速度的关系测量了高分子材料溶液的速度,并在溶液浓度和背景光变化时,对流体速度进行了测量、比较和分析。实验表明。在溶液浓度不太低时,测量误差小于8％。     

Self-mixing interference in distributed feedback laser diode with multiple external cavities

The self-mixing interference in distributed feedback laser diode (DFB-LD) with multiple external cavities is analyzed. Each external cavity is considered to be an optical thin film, and the equivalent reflectivity can be got from the theory of the thin film optics, the general expressions of gain and frequency in compound laser cavity are theoretically deduced. This principle is helpful to build the fiber-coupled self-mixing interference system. Considering that different parameters have influence on self-mixing interference, we make some simulation analysis at different conditions. The output of self-mixing interference is analyzed in numerical analysis, and the amplitude variations of the output gain is discussed along with different parameters, e.g., the coupling coefficient, the linewidth enhancement factor, and the reflection coefficient of external reflector.     

用于显示的透射型法布里-珀罗光调制器

提出了一种用于显示的,基于透射型法布里-珀罗干涉的微机电系统(MEMS)光学调制器。基于多光束干涉原理分析了调制器的光学特性,推导出了调制器结构的特征参量。分析表明,当调制器的腔长为cλ/4时,透射光可以实现暗态显示;当调制器的腔长取为零或cλ/2时,透射光可以实现亮态显示。通过控制法布里-珀罗腔长,就可实现调制器的明暗调制。理论上证明了该调制器用于显示的可行性。设计了一种基于微机电系统的透射型法布里-珀罗光学调制器结构,该调制器的理论衬比度达到150。仿真结果表明,该调制器具有2.4 V的低电压静电驱动性能。