半外腔Nd:YAG和Nd:YVO4微片固体激光器的腔调谐特性研究

微片固体激光器具有体积小、寿命长等优点,是精密测量仪器的重要光源。构建了平-平、半外腔的Nd:YAG和Nd:YVO₄微片激光器,通过控制压电陶瓷伸缩改变激光器的谐振腔长,同时使用F-P扫描干涉仪和波长计观察纵模和波长。研究了这2种微片固体激光器的腔调谐特性,包括腔长与光功率的关系,激光纵模扫过出光带宽过程的光功率和单、双纵模变化的规律。实验结果表明：腔调谐过程中单、双纵模交替出现,腔长和泵浦电流共同影响激光器的输出模式和光功率。     

Ti∶S激光器外腔选频产生820 nm带激光研究

首次报道了用Ti∶ S激光器及Tm-Ho共掺石英光纤等构成复合腔,通过外腔选频产生波长为820 nm波段高性能单模激光的实验研究,复合腔Ti∶ S激光器的光-光转换效率达15.7%,斜率效率可达17.3%.研究了输出激光功率、输出光谱随泵浦功率、激活光纤长度的变化关系,并对相应结果进行了分析.     

Ti:S激光器外腔选频产生820 nm带激光研究

首次报道了用Ti：S激光器及Tm-Ho共掺石英光纤等构成复合腔，通过外腔选频产生波长为820nm波段高性能单模激光的实验研究，复合腔Ti：S激光器的光-光转换效率达15．7％，斜率效率可达17．3％。研究了输出激光功率、输出光谱随泵浦功率、激活光纤长度的变化关系，并对相应结果进行了分析。     

全内腔绿光He-Ne激光器

采用Needle法,对全内腔绿光He-Ne激光器膜系进行设计,并给出了所设计膜系的光谱性能。利用离子溅射镀膜技术镀制了所设计的膜片并且给出了测量结果。制备了多种规格的全内腔绿光He-Ne激光器并且讨论了相关工艺。其中腔长420mm的全内腔绿光He-Ne激光器的典型输出光功率为3mW（单模）,腔长360mm的典型输出光功率为2mW（单模）,腔长240mm的典型输出光功率为1mW（单模）,腔长100mm的小短管子也能有0．1mw的出光功率。     

激光陀螺克服高、低温冲击的技术研究

分析了激光陀螺在经历外部环境温度变化时光强和性能发生变化的原因,提出了利用新型腔长角度控制镜(光路程长控制镜)的角度控制元件作为驱动器件,应用类似小抖动稳频的原理对激光陀螺环形光路进行闭环控制,并通过对各光路控制单元采取分时控制的办法解决了光路稳定过程中的调制信号的冲突,使激光陀螺在环境变化时始终保持其光程长和光路相对位置的稳定从而保证其性能的稳定。实验结果表明,对原来在全使用温区(-40℃~ 60℃)光强变化达30%甚至只要有光的,通过光路稳定措施可将光强稳定在±3%以内,对于有些在高低温时不能出光的,也可以达到可使用的光强稳定水平。较好地解决了许多激光陀螺难以克服的耐高、低温冲击问题。     

半导体激光器型全光波长转换器的啁啾分析

利用速率方程分析了转换信号光的频率啁啾,考虑到了外界注入信号光的放大.转换过程中,信号光的注入将会导致了光腔内载流子数发生变化,进而引起激光器输出频率的改变,产生啁啾.研究发现,较大的激光器注入电流可以有效地抑制频率啁啾,较高的注入信号光功率则可以在保证高转换信号消光比的同时抑制频率啁啾.     

内腔自适应光学系统校正激光器畸变

固体激光器中,增益介质由于热沉积产生的热畸变严重影响了激光器的稳定性、输出功率和光束质量。研究了一种内腔自适应光学系统校正激光器腔内畸变的方法,利用微机电变形反射镜作为固体激光器的内腔全反射镜,通过控制变形镜的面型改善激光器输出光束的模式及功率。从腔外引入的一束信标光通过激光器内腔后反射出腔外,用波前探测器可测得激光器工作时腔内畸变对此信标光的影响,并通过搭建的自适应光学系统平台可闭环校正此畸变。实验结果表明,闭环校正后,激光器的输出功率提高了近3倍,且激光光束质量得到了明显的改善。     

腔内倍频调Q激光器中脉冲光场的时间不稳定性研究

以腔内倍频调Q激光器工作原理为基础,研究了多种形式抽运光分布的情况下倍频光的脉冲形状以及脉冲持续过程中光场分布的时间不稳定性,分析了倍频光光束质量随时间的变化规律.发现腔内倍频调Q激光器输出的倍频光光场分布在脉冲的持续过程中并不稳定,呈持续变化.对高斯型抽运的情况研究发现,减小腔长会使脉冲光场分布的不稳定性减小;而增加...     

大幅度增加弛豫振荡频率来实现毫米级外腔半导体激光器的外腔机制转换

混沌外腔半导体激光器输出明显存在弛豫振荡特征,弛豫振荡频率小于外腔振荡频率时,外腔半导体激光器输出态是短腔机制;反之,外腔半导体激光器输出态是长腔机制.首先对比分析了弛豫振荡频率为5.6 GHz,腔长对频谱有效带宽的影响.然后同时调节注入电流和载流子寿命来大幅度地增加弛豫振荡频率.最后在弛豫振荡频率为40 GHz、腔长为毫米级(4—20 mm)时,实现由短腔机制到长腔机制的转换,进而分析了外腔反馈率和外腔长对外腔半导体激光器频谱带宽的影响.分析结果表明:短腔机制下,输出混沌态不稳定,0.1 mm的偏差就会导致混沌态与非混沌态之间的转化;长腔机制下,输出混沌态稳定,输出混沌区域较大,证明长腔机制下更有益于获得宽带连续的混沌区域.在弛豫振荡频率为40 GHz、外腔长度为毫米级时,实现了外腔半导体激光器的长腔机制,从而增大了高带宽混沌的参数空间.     

存在外部光反馈的半导体激光器的相位噪声

本文在理论上研究了由于外部光反馈引起的半导体激光器的相位噪声.理论分析是通过引入一个反馈耦合率K和线性化速率方程,导出了半导体激光器相位噪声功率谱密度的表达式.这表明相位噪声功率谱密度随外腔长度而周期性地漂移,且功率谱密度的峰值随外部反馈耦合率而发生很大的变化.     

激光陀螺新型光路程长控制镜的研制

爪盘结构程长控制镜由于其稳定性好等优点,已越来越广泛地应用于激光陀螺的腔长控制,但这种只有程长控制能力的控制镜,对陀螺腔体变形等原因引起的谐振光路变化却是无能为力。通过分析该类腔长控制镜的特点,提出了一种新颖的具有角度控制功能的光路程长控制镜。在原有的控制镜上增加一组角度控制部件,使其不仅有程长控制功能同时还具备了光路控制功能的方法,设计了新的槽片及角度控制元件,研制出了高性能的光路程长控制镜。系统地对控制镜的性能进行了测试。结果表明,它不仅稳定性好(陀螺使用温度范围内最大歪扭变化量小于0.3″),而且灵敏度高(大于0.1″/V)。     

微米光纤耦合型环境折射率传感器

本文展示一种由两根微米光纤构成的耦合型环境折射率传感器。微米光纤表面存在倏逝波,芯外介质折射率微小的改变将引起倏逝场分布变化,从而导致能量在耦合器两臂中的重新分配。本文通过测量耦合器两端出射光功率的比值来对葡萄糖溶液的浓度进行传感,实验结果表明该微米光纤耦合型传感器的浓度传感灵敏度可达1.58 mol·L~(-1)。本文用耦合模理论详细分析了两根相邻微米光纤的耦合效率与芯外介质折射率之间的关系,发现减小耦合区的光纤的直径,增大入射光波长或增大耦合长度,都可以进一步提高这种传感器的灵敏度。     

高功率高重频U型腔激光器的仿真与实验研究

 为了得到结构紧凑的高功率、高重复频率固体激光器,设计了“U”型光学谐振腔,并利用LAS-CAD软件分析了激光晶体的热效应和激光输出特性。根据仿真结果进行了具体实验,最终得到了腔长400 mm的紧凑型固体激光器。在重复频率为100 kHz,泵浦功率为60 W时,输出功率达到21.6 W,光-光转换效率为36%,斜率效率为39.9%。     

激光二极管泵浦高效Nd∶YVO_4／KTP腔内倍频激光器

报道了激光二极管泵浦的高转换效率Ｎｄ∶ＹＶＯ４／ＫＴＰ腔内倍频激光器。研究了泵浦光斑尺寸、谐振腔长、ＫＴＰ及Ｎｄ∶ＹＶＯ４的温度对输出绿光效率的影响。在输入泵浦功率为６６９ｍＷ时，获得绿光输出功率１５４ｍＷ，光－光转换效率达２３％。     

Relationship between wavelength combination and signal-to-noise ratio in measuring hemoglobin concentrations using visible or near-infrared light

The signal-to-noise ratio (SNR), when using visible or near-infrared light to measure the change in hemoglobin concentration length (the product of hemoglobin concentration and optical path length in this study), depends on the wavelength combination and the analysis method. Although the SNRs increase when detected or incident optical power increases, the optical power should be limited because of safety standards. Considering these safety standards, we assumed that the total optical power was constant by using the relationship between optical power and measurement error. We investigated the theoretical estimation errors of the changes in hemoglobin concentration length using two, three, and four different wavelengths. The SNRs of the changes in hemoglobin concentration length were high when fewer wavelengths were used. These SNRs decreased when the redox state change in cytochrome oxidase was included in the analysis.     

高功率垂直外腔面发射半导体激光器增益设计及制备

垂直外腔面发射半导体激光器(vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL)兼具高功率与良好的光束质量,是半导体激光器领域的持续研究热点之一.本文开展了光抽运VECSEL最核心的多量子阱增益区设计,对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度及温度等关系进行系统的理论优化,并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比,证实采用双侧GaAsP应变补偿的发光区具有更理想的增益特性.对MOCVD生长的VECSEL进行器件制备,实现了VECSEL在抽运功率为35 W时输出功率达到9.82 W,并且功率曲线仍然没有饱和;通过变化外腔镜的反射率, VECSEL的激光波长随抽运功率的漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W,证实外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应,从而影响VECSEL激光输出功率.所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°,激光光斑呈现良好的圆形对称性.     

Refractive index sensor using microfiber-based Mach-Zehnder interferometer

A simple and robust refractive index (RI) sensor based on a Mach-Zehnder interferometer has been demonstrated. A section of optical microfiber drawn from silica fiber is employed as the sensing arm. Because of the evanescent field, a slight change of the ambient RI will lead to the variation of the microfiber propagation constant, which will further change the optical length. In order to compensate the variation of the optical length difference, a tunable optical delay line (ODL) is inserted into the other arm. By measuring the delay of the ODL, the ambient RI can be simply demodulated. A high RI sensitivity of about 7159 μm/refractive index unit is achieved at microfiber diameter of 2.0 μm.     

High efficient continuous wave operation of diode-double-passing-pumped Tm:YAP laser

A high efficient continuous wave diode-pumped Tm:YAP laser at room temperature was presented in this paper. Tm:YAP crystal with doped concentration of 4 at % was c-cut and had a cross section of 3 × 3 mm² and length of 5 mm. Using double-passing-pumped cavity structure, under the pump power was 25.5 W, the highest output power reached 8.5 W by use of 10% output coupling, corresponding to optical conversion efficiency was 33.3% and the slope efficiency was 44.5%. The laser wavelength was 1936 nm with FWHM of 4 nm.     

光纤光栅外腔半导体激光器的多参量优化分析

采用多参量优化的多目标遗传算法优化了光纤光栅外腔半导体激光器（FGECL）管芯的两个端面反射率和外腔长度.研究了FGECL的阈值特性，并对多个参量优化和单个参量优化的结果进行了比较分析.表明获取最低阈值电流，要以激光器的电光转换效率和输出光功率为代价，从而得到高边模抑制比、窄光谱线宽、良好动态特性和高调制速率的FGECL.并且发现当两端面的反射率增加，同时激射波长在外腔长度中形成稳定谐振时，激光器的阈值电流达到最小值，但相应的电光转换效率和出光功率会急剧地减小.