激光、激光技术 激光参数测量

TN2472006054035多模光纤用于激光线宽零拍测量法的原理和实验研究=Theoretical and experi mental study on self-homodyninglin-ewidth measurement using multi mode fiber[刊,中]/刘川(清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室.北京(1000840),刘阳…//光学技术.—2006,32(3).—346-348,352从理论上对零拍测量法测量激光线宽系统的分辨率进行了计算,并在理论和实验结果中证明多模光纤也可用于光纤延时零拍系统。实验建立起了1064nm、窄线宽、单纵模激光二极管泵浦Nd∶YVO4激光器的延时零拍多模光纤线宽测量系统,并通过这一系统观测…     

基于短光纤延时自外差的可见光单频激光线宽测量方法

提出一种基于短光纤延时自外差法的可见光波段单频激光线宽测量方法,利用短延时光纤减小可见光在石英光纤中的损耗并降低系统低频噪声,通过频谱信号平滑方法极大地提高频谱数据的信噪比,通过非线性最小二乘法拟合还原原始信号频谱,并最终计算出可见光波段激光线宽。构建可见光波段的延时自外差测量系统,搭建127 m和500 m延时光纤的可见光波段延时自外差测量装置,测得635 nm单频外腔半导体激光器线宽为29.4 kHz,与两个相同型号激光器互拍的测量结果接近,证明了基于短光纤延时自外差方法测量可见光单频激光器线宽的可行性。     

基于MI自零差法的窄线宽激光器线宽测量

提出了基于迈克尔逊干涉仪的延时自零差法,讨论了该方法测量激光线宽的原理.搭建了线宽测量系统,对窄线宽激光器的线宽进行了测量.测量系统运用数据采集卡获取拍频信号,通过软件算法分析拍频信号自功率谱半峰值宽度实现激光线宽测量.实验测得RIO公司某型窄线宽激光器的线宽为2.7kHz,与该激光器的标称线宽相符合.同时对另一台激光器不同输出光功率下的线宽进行测量,结果表明其线宽和功率成反比关系,进一步验证了基于迈克尔逊干涉仪的延时自零差法测试的准确性.     

基于延时自外差法的窄线宽激光谱宽测量

详细介绍了延时自外差法测激光线宽的理论模型与测量原理,得到了光电流的功率谱密度函数,并进行了软件仿真,分析并讨论了延时光纤长短对测量结果的影响,提出了在延时光纤长度不足条件下求解超窄激光线宽数值解的新方法,并在特定条件下给出了解析解,实验结果证明了算法的正确性。给出了在光纤长度300m时,对10kHz以下以及10kHz以上激光谱宽的不同求解方法并通过实验进行了验证。     

利用自差法研究激光二极管泵浦Nd:YVO_4激光器的线宽

用光纤延时自差法测量二极管激光纵向泵浦单频运转的Nd：YVO4激光器的线宽。在1秒时间内，激光线宽为25kHz。还测量了线宽与激光器腔长和输出功率的关系。     

利用自差法研究激光二级管泵浦Nd：YVO4激光器的线宽

用光纤延时自差法测量二极管激光纵向泵浦单频运的Ｎｄ：ＹＶＯ４激光器的线宽。在１秒时间内，激光线宽为２５ｋＨｚ还测量了线宽与激光器腔长和输出功率的关系。     

2 μm单纵模激光频率短期不稳定度的测量

利用光纤延时自拍法对固体激光器输出激光频率的短期不稳定度进行了测量.Tm,Ho:YLF微片激光器具有毫瓦量级的单纵模、窄线宽的输出,实验测量了光纤延时长度为500 m下,积分时间为2 ms,4 ms,40 ms,100ms的拍频信号.利用自拍频法获得了光纤延时长度为100 m,200 m,300 m,400 m,500 m,对应的时间延时长度为0.5μs,1μs,1.5μs,2μs,2.5μs下的输出激光的自拍频信号,得出单频激光器的频率不稳定度为1.48 kHz/μs,最后对激光频率小稳定度与激光线宽的关系进行了讨论.     

全频域下窄线宽激光器光谱线宽的分析

窄线宽激光器的线宽表征方式通常采用延时自外差法测量技术。该技术是通过延时光纤差拍产生一个与待测激光线宽相关的洛伦兹频谱,因此该频谱只具有单一的线宽表现形式。为了能够观察到激光器的线宽和频率噪声在其傅里叶频率分布下的完整特性,报道了一种基于β算法计算窄线宽激光器线宽的方法。该方法是结合频率噪声中的白噪声和1/f噪声分别诱导不同激光线型的理论,从而确定激光线宽。首先,对β算法的基本原理进行了详细的分析说明。通过基于维纳-辛钦定理,分析了窄线宽激光器不同频率范围内的频率噪声和激光线宽的依赖关系。阐明了在截止频率趋于0和无穷大的两个范围条件时,激光频谱特性从高斯线型向洛伦兹线型演变。同时推导出使两种线型转换的截止频率表达式,并将其转换为频率噪声函数,该函数定义为β分子线。此时频率噪声分量中高斯线型的总和即为激光线宽计算公式;其次,对窄线宽激光器的频率噪声和激光线型进行数值仿真。将通过OEwaves公司的OE4000互相关零差相位/频率噪声自动测试系统测得的频率噪声谱密度,带入β算法理论公式中。结果显示：1/f噪声导致激光呈现高斯线型,线宽随截止频率的增加而增大。而白噪声将导致洛伦兹线型,线宽不再随截止频率而改变。此外,在低频区域,频率噪声电平远大于其傅里叶频率,噪声调制系数较高,该部分噪声可以决定线宽大小。因此,高斯线型区域对应的频率噪声的积分,即为待测激光器的线宽;在高频区域,频率噪声电平与其傅里叶频率相差较小,频率波动较快,噪声对线宽影响可以忽略。并且频率带宽在截止频率范围内,计算的线宽误差较小。最后,实验上运用β算法对RIO公司的1 550 nm低噪声窄线宽激光器的频率噪声功率谱密度进行积分计算,成功获得了其不同傅里叶频率分布下对应的激光线宽值。其中β分子线将频率噪声中的白噪声和1/f噪声分隔两部分：当频率噪声谱密度大于β分子线时,激光即为高斯线型,线宽随频率积分带宽的增加而减少;而频率噪声谱密度小于β分子线时,激光呈现洛伦兹线型,线宽为定值不再改变。同时为了对β算法进行实验验证,搭建了延迟光纤为50 km、移频频率为60 MHz的延时自外差法测量系统。对注入电流为110 mA的RIO 1 550 nm低噪声窄线宽激光器的线宽进行实验测量,测量结果表明激光线宽为1.8 kHz,与上述β算法中2.8 kHz的频率带宽积分结果一致。充分证明了此算法的准确性。β算法可以对任意类型的窄线宽激光器进行线宽表征,对窄线宽激光器的研究具有重要意义。     

用于互组跃迁谱测量的窄线宽激光系统

采用Pound-Drerer-Hall稳频技术将689 nm激光锁定在高精细度超稳极低膨胀系数材料腔上,实现用于探测锶原子互组跃迁谱的窄线宽激光.利用光腔衰荡光谱技术,测量了不同阶次多横模情况下腔的精细度,并在理论上分析了平凹型Fabry-Perot腔的损耗与多横模阶次的关系.考虑了光开关延时及探测器响应时间在测量中的影响,对腔衰荡时间的实验测量值进行了修正.利用光纤飞秒光频梳测量了激光器的频率漂移,测出窄线宽激光频率稳定度的秒稳优于2.8×10-13.利用窄线宽激光在锶原子束上观测到具有高信噪比的窄线宽原子跃迁谱线,实验测得谱线的线宽为55 kHz,该窄线宽原子谱线可应用于锶原子二级冷却激光绝对频率的精确测量及锶原子互组跃迁谱的四种同位素位移测量.     

频域反射法光纤延时精密测量

本文提出了一种应用于光纤延时系统中实现光纤延时精密测量的新方法,用以提高光纤延时测量的精度和准确性.该方法以1064 nm激光调制信号作为光源,通过测量回波信号的幅值和相位信息得到被测通道的频率响应,采用快速傅里叶逆变换得到被测目标的延时信息,实现光纤延时测量.本文通过理论分析和延时测量实验对频域反射法与传统的时域测量方法进行对比,使用频域反射法在调制频率范围10—200 MHz,采样频率间隔0.5 MHz的实验条件下,实现了3.3 ps延时测量分辨率,并证明了该方法具有比时域方法更高的测量精度,测量结果的准确性更好.     

Analysis of a loss-compensated recirculating delayed self-heterodyne interferometer for laser linewidth measurement

A loss-compensated recirculating delayed self-heterodyne interferometer (LC-RDSHI) for laser linewidth measurement is theoretically analyzed. An analytical result for the output spectrum of the LC-RDSHI is obtained. It is found that the spectrum from a LC-RDSHI is equivalent to a spectrum from a conventional delayed self-heterodyne interferometer with equivalent time delay and frequency shift, but modified by a periodical function, which could significantly influence the laser linewidth measurement. The parameters of a LC-RDSHI must be optimized to permit an accurate and direct measurement of laser linewidth from the output spectrum.     

Linewidth measurement of Littrow structure semiconductor laser with improved methods

In this Letter, the frequency noise spectrum is analyzed in the experiment of the laser linewidth measurement. The power spectrum of three most widely used laser linewidth measurement methods, i.e., the heterodyne measurement, the self-homodyne measurement and the self-heterodyne measurement, are restudied both theoretically and experimentally. A scheme adopting an avalanche photodetector (APD) in the delayed self-heterodyne (DSHT) method is proposed, and an indirect determined result is given.     

超短时延测量DFB激光器的动态线宽

激光器调谐过程中的动态线宽是非常重要的参数, 然而, 当前各种测量方法得到的都是激光器稳定状态下的静态线宽. 本文提出一种对干涉拍信号进行基于局部均值分解的时频分析进而获取激光动态线宽的方法, 通过仿真信号验证了这种时频分析方法提取瞬时相位噪声的有效性; 构建实验系统, 利用10cm路径差产生约0.5ns的超短时延, 提取相位噪声的时频分布, 首次得到了分布反馈半导体激光器在脉冲工作模式下的动态线宽. 关键词： 超短时延 动态线宽 局部均值分解 时频分布     

直接探测激光测风雷达发射激光线宽对探测的影响

 论述了Rayleigh散射双边缘直接探测激光测风雷达发射激光线宽对探测灵敏度和误差的影响。使用Monte-Carlo方法模拟了大气后向散射回波半高宽(FWHM)和发射激光线宽的定量数值关系。把这个关系拟合为一个二次多项式,计算了由发射线宽引起的测量灵敏度和误差。对于探测波长是355 nm的情况,当发射线宽从单频增加到2 GHz时,后向散射回波线宽从3.853 GHz非线性地增加到5.371 GHz。发射激光线宽的加宽对探测影响很大,当发射线宽从单频增加到2 GHz时,测量灵敏度从0.003 1降低到0.001 9,测量误差从0.323 m/s增大到0.518 m/s,计算中假定探测信噪比和累计激光脉冲数都是1 000。     

级联三能级系统中五阶极化拍频的理论研究

本文从理论上系统地研究了由于五阶极化强度间的干涉所导致的级联三能级系统相位共轭超快调制光谱学。 它对激光绝对频率的测量可达到与激光线宽同一量级的精度。 无论泵浦光束为窄带线宽或宽带线宽,它对能级差测量的总体精度仅仅取决于光学跃迁的均匀增宽,而与激光线宽和多普勒增宽无关。     

Influence of transmitted-laser linewidth on sensitivity and error of double-edge wind lidars

We present the results of study of the influence of the transmitted-laser linewidth on the measurement sensitivity and error of a double-edge incoherent wind lidar. The quantitative relationship between the transmitted-laser linewidth and the full width at a half maximum (FWHM) of the backscattered spectrum was simulated using the Monte Carlo method, because such relationship cannot be given by an analytic formula. The quantitative relationship was fitted using a quadratic fit and was further employed for calculating the measurement sensitivity and error. The FWHM of the backscattered spectrum increased from 3.884 GHz to 5.407 GHz, while the transmitted-laser linewidth increased from a monochromatic one to 2 GHz. The measurement greatly suffered from the broadening of the transmitted-laser linewidth. The measurement sensitivity decreased from 0.0031 to 0.0019 and the measurement error increased from 0.326 m/s to 0.524 m/s, while the signal-to-noise ratio and laser shots were both 1000.     

基于极化拍频激光绝对频率与原子能级差的测量方法研究

研究级联三能级系统中的极化拍频技术哪现其对能级差的测量精度决定于学跃迁的均匀增宽,在符合拍频条件下,两独立光源拍频的频差可以超出激光线宽,激光绝对频率的测量精度可达到与激光线宽同一量级。     

10 GHz regeneratively mode-locked semiconductor optical amplifier fiber ring laser and its linewidth characteristics

A 10 GHz regeneratively mode-locked semiconductor optical amplifier fiber ring laser with a picosecond pulse duration was newly constructed, and the linewidth change of a longitudinal mode was measured for various laser cavity lengths using a delayed self-heterodyne detection method. The detected line shape was approximately Gaussian for cavity lengths of 3.4-171 m. This result indicates that the laser linewidth depends strongly on thermal or acoustic cavity length fluctuations. The linewidth was proportional to the inverse square root of the cavity length, and a linewidth of 1.7 kHz was obtained for a cavity length of 171 m.     

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.