谐振腔马赫-曾德尔干涉集成光波导陀螺

研究了光学环形腔中的单方向传输光在光学谐振腔中传输的情况，在系统旋转角速率变化时光束会产生频移，在此基础上，设计出一种具有谐振腔马赫-曾德尔干涉集成光波导陀螺结构，可以方便地检测出系统旋转角速率与方向，其检测精度与光波导谐振腔的品质无关。和萨尼亚克集成光波导陀螺相比较，性能价格比有进一步提高的潜力。     

左手介质对谐振腔谐振频率的影响

在谐振腔设计过程中, 谐振腔的品质因数以及谐振频率都是需要考虑的关键因素. 传统的方法是通过减小谐振腔的尺寸或者利用高次模来提高谐振腔的谐振频率, 但是由于两种方法都有其局限性, 导致设计结果并不理想. 通过理论计算与模拟仿真相结合的方法, 对影响谐振腔谐振频率的因素进行分析, 得出了填充介质的材料属性与谐振腔谐振频率的关系. 理论计算显示: 当用“左手介质”作为谐振腔的填充物质时, 可以在不改变谐振腔尺寸的基础上提高谐振频率. 高频结构仿真器(high frequency structure simulator)的仿真数据也证明了以上结果, 从而得出谐振腔的谐振频率可以不受谐振腔尺寸的限制. 相较于传统理论而言, 研究结论有进一步的发展, 为探索和设计新颖的谐振腔提供了理论依据.     

激光陀螺中背向散射的研究

为了研究谐振腔形状变化对激光陀螺中背向散射的影响,基于矢量叠加理论,分析了激光陀螺背向散射源及其对总的背向散射的影响.根据背向散射对顺逆时针光的耦合作用,推导出了总的背向散射系数与顺逆时针旋转光光强的关系式.基于这一关系,设计实验,通过施加电压使谐振腔反射镜到不同位置来改变光腔形状变化,同时测量光强交流量的振幅,得到了总的背向散射系数的变化曲线.通过与仿真结果对比,验证了背向散射的矢量叠加理论.     

曲率变化对激光陀螺损耗及性能的影响研究

为了研究曲率半径变化对激光陀螺性能参数的影响,基于谐振腔理论,建立了衍射损耗理论计算模型,通过仿真计算了曲率变化引起激光陀螺束腰的变化,从而导致衍射损耗的变化。从光阑处衍射损耗对陀螺背向散射的影响出发,分析了束腰对激光陀螺性能的影响。通过分析计算得出:当反射镜曲率变化小于0.3 m时,引起衍射损耗变化3%,导致零偏最大变化约0.013;当反射镜曲率变化0.6 m时,引起衍射损耗变化约15%,导致零偏最大变化约0.021;而曲率半径变化大于1.5 m时,衍射损耗变化达30%以上,这将引起谐振腔失谐即无法产生激光振荡。通过改变不同曲率,测量陀螺腔损耗和性能,所得的试验结果和理论计算一致,曲率半径变化对衍射损耗和陀螺性能影响较为显著。     

混合微球谐振腔热非线性效应的增强方法

提出并实现了一种可增强微球谐振腔热非线性效应的方法。通过在微球谐振腔表面涂覆低折射率紫外胶形成并制备了混合谐振腔。通过分析混合谐振腔结构的热光系数,从理论和实验论证了混合谐振腔结构可获得更大的热非线性效应,同时验证了混合谐振腔的品质因素对热非线性的影响。应用此混合谐振腔结构于温度传感实验,结果表明通过增强方法制备的谐振腔其检测灵敏度提高了2.8倍。因此,此方法在传感应用、生物化学检测、通讯等领域也有广泛的应用前景。     

混合微球谐振腔热非线性效应的增强方法（英文）

提出并实现了一种可增强微球谐振腔热非线性效应的方法。通过在微球谐振腔表面涂覆低折射率紫外胶形成并制备了混合谐振腔。通过分析混合谐振腔结构的热光系数,从理论和实验论证了混合谐振腔结构可获得更大的热非线性效应,同时验证了混合谐振腔的品质因素对热非线性的影响。应用此混合谐振腔结构于温度传感实验,结果表明通过增强方法制备的谐振腔其检测灵敏度提高了2.8倍。因此,此方法在传感应用、生物化学检测、通讯等领域也有广泛的应用前景。     

端面抽运四镜折叠腔Nd∶YVO4激光器的研究

基于传输矩阵理论,针对端面抽运的z型折叠腔Nd∶YVO4固体激光器的谐振腔设计进行了数值模拟,详细分析了腔内各参量对谐振腔稳定性的影响.由模拟结果推断,z型腔激光器具有两个稳区,并且稳区的范围可通过谐振腔各分臂的臂长来调节.利用相同的光学元件在不同的稳区范围设计了两种热稳腔,指出了长短腔型各自的利弊.实验考察了输出功率随腔长改变的变化情况,在不同腔长下的不同稳区分别获得了稳定的1 342 nm激光输出,谐振腔稳区范围的变化规律与理论计算基本符合.     

微波铁氧体的介电常数和磁导率的测量

本文利用反射式谐振腔,通过测量放入样品前后谐振腔反射系数的变化,确定介电常数虚部ε″和磁导率虚部μ″。研究了样品形状和放在谐振腔不同位置对介电常数和磁导率测量的影响。测量系统有较高的灵敏度。通过提高谐振腔的品质因数和使谐振腔接近临界耦合,并适当减小谐振腔的体积,使系统测量损耗角正切达到10^-5数量级并不困难。     

再入式光纤角速率传感器的研究

对新型再入式光纤角速率传感器进行了理论分析与实验研究 ,推导了它的光强透过率、灵敏度以及极限分辨率的解析表达式 ,分析了环形谐振腔中定向耦合器的耦合比与灵敏度以及极限分辨率的关系 ,并依据理论分析 ,研制了采用长度为 2 0 0m环形谐振腔的再入式光纤角速率传感器的实验装置。实验结果表明 ,这一实验装置具有0 2 (° h)的常值漂移以及优于 0 1(° h)的零偏稳定性 (10s积分时间和 10min采样样本长度 )     

THz振荡器双光栅开放腔的高频特性

针对双开槽的双光栅开放式谐振腔,提出了一种基于矩形波导谐振腔理论的计算方法,给出TE04模式场分布的结构设计修正公式,用于进行准光学谐振腔结构设计优化,通过增强电子注区域的电场强度,可有效提高电子效率。同时对双光栅慢波结构"冷"色散特性进行了计算,分析了不同参数对其高频特性的影响。结果表明,双光栅槽宽和电子注通道宽度的变化会对其色散特性的频带上限产生较大影响。     

Influences of quantum noises on direct-modulated properties of 1.3-μm InGaAsP/InP laser diodes

Due to the zero dispersion point at 1.3μm in optical fibres, 1.3-μm InGaAsP/InP laser diodes have become main light sources in fibre communication systems recently. Influences of quantum noises on direct-modulated properties of single-mode 1.3-μm InGaAsP/InP laser diodes are investigated in this article. Considering the carrier and photon noises and the cross-correlation between the two noises, the power spectrum of the photon density and the signal-to-noise ratio (SNR) of the direct-modulated single-mode laser system are calculated using the linear approximation method. We find that the stochastic resonance (SR) always appears in the dependence of the SNR on the bias current density, and is strongly affected by the cross-correlation coefficient between the carrier and photon noises, the frequency of modulation signal, and the photon lifetime in the laser cavity. Hence, it is promising to use the SR mechanism to enhance the SNR of direct-modulated InGaAsP/InP laser diodes and improve the quality of optical fibre communication systems.     

Stochastic resonance in single-mode semiconductor lasers

Owing to the considerable virtues of semiconductor lasers for applications, they have become the main optical source for fiber communication systems recently. The behavior of stochastic resonance (SR) in direct-modulated semiconductor laser systems is investigated in this article. Considering the carrier and photon noises and the cross-correlation between the two noises, the power spectrum of the photon density and the signal-to-noise ratio (SNR) of the modulated laser system were calculated using the linear approximation method. We found that the SR always appears in the dependence of the SNR upon the bias current density, and is strongly affected by the cross-correlation coefficient of the carrier and photon noises, the frequency of modulation signal and the photon lifetime in the laser cavity. Hence, it is promising to use the SR mechanism to enhance the SNR of direct-modulated semiconductor laser systems and improve the quality of optical communication.     

利用共振无源腔分析和抑制飞秒脉冲激光噪声的理论和实验研究

理论分析了共振无源腔对飞秒脉冲激光的强度和相位噪声的转化模型,分析表明,通过测量无源腔透射场或者反射场相对于输入场强度噪声的变化,可以间接得到输入场飞秒脉冲激光的相位噪声.在此基础上设计了精细度约为1500、自由光谱区为75 MHz的八镜环形共振无源腔,并测量了钛宝石锁模激光经过该共振无源腔后透射场和反射场强度噪声的变化.实验观察到,飞秒脉冲激光经过无源腔透射后,强度噪声特性得到较好改善,在探测频率2 MHz附近达到散粒噪声极限.同时,结合共振无源腔对激光强度和相位噪声的转化模型,间接给出了钛宝石锁模激光的相位噪声及无源腔对相位噪声的有效抑制作用.     

Noises in Detecting Relic Gravitational Wave

We analyse the three basic kinds of noises in detecting the relic gravitational wave （GW）, which are the noises caused by the thermal radiation in the detecting cavity and by the scattering of the Gaussian beam in the detecting cavity, and noise in the microwave radiometers. The analysis shows that a reasonable signal-to-noise ratio may be achieved for a detecting device with a suitable geometric structure only when the temperature of the environment is no more than T = 0.6 K, and the power of the radiation of the Gaussian beam is no less than P=10^5 W.     

高功率CO_2激光器高反膜耦合窗热效应研究

为解决CO2激光器高反膜耦合窗在腔内高功率激光作用下产生的热效应问题,对耦合窗的温度场和热形变场进行了理论分析研究。通过谐振腔工作状态分析,首次提出了腔内振荡激光具有混合模式分布的表达式,并利用半解析热分析方法得出了在混合模式下耦合窗产生的温度场和热形变场的一般表达式,同时与将腔内激光分布作均匀分布、高斯分布假设下耦合窗的情况作了对比分析。研究结果,当腔内谐振功率为3800W、腔内激光混合模式分布时,耦合窗内表面中心最大热形变量约为0.91μm,作均匀分布、高斯分布假设分别造成最大热形变量偏小20.88%,偏大78.02%。     

热效应对克尔自锁模激光腔的影响

讨论了克尔透镜锁模激光腔中热效应对锁模的影响，用数值解法给出了存在热效应时腔中光斑半径随归一化功率的变化曲线。同时给出了存在热效应时光斑半径对归一化功率的相对敏感度参数。     

高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响

利用有限元分析法结合Fox-Li迭代法,考虑腔内本征模式与腔镜热形变的相互耦合作用,计算模拟了正支共焦非稳腔的本征模式分布,定量分析了高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响,重点讨论了腔镜热变形所引起的腔内本征模式相位特性的变化,并从波前功率谱密度、Zernike像差系数及光束质量值等角度对腔镜发生热形变前后的激光器输出光束的光束特性进行比较分析。研究结果表明:高功率激光器腔镜热形变对输出光束的光束质量会产生一定的影响,且随着激光输出功率的增大,镜面热形变引起的输出光束波前相位高频比例及Zernike高阶像差均会有所增大,波前畸变程度也明显变大,光束质量逐渐变差。     

自锁模Cr:LiSAF激光器的特性研究

本文分析上转换过程及荧光热猝灭效应对Cr:LiSAF激光器的泵浦阈值和输出功率的影响,由此得出Cr:LiSAF激光器特别适合低功率泵浦.分析了三镜腔结构的特性,选择了腔的较佳参数,实现了在750mW的氩离子激光泵浦下三镜腔Cr:LiSAF激光器的自锁模运转.     

Effect of nonuniform heating of the active disk on characteristics of the solid-state laser cavity

Generation characteristics of the neodymium laser with disk active element and diodepumped active medium were studied. It was shown that lasing occurs at a cavity length significantly exceeding the focal length of the thermal lens induced in the active element. Bending radii of the active disk surface were determined depending on the absorbed pump power. The cavity calculation performed taking into account the active disk surface bending showed that the negative lens formed by such bending of the surface and a laser mirror deposited on it efficiently compensates for the positive thermal lens, thus expanding the stability region of the disk laser cavity.     

Low-Resistant Band-Passing Noise and Its Dynamical Effects

We propose an n-order noise, which is realized by driving an n-order linear differential equation with a Gaussian white noise. The time-derivative noise is a low-resistant band-passing noise. If the derivative noise is regarded as a thermal one, the system has a vanishing effective friction and it should induce ballistic diffusion of a free particle at long times. The simulation method for the generalized Langevin equation driven by the n-order noise is discussed systematically. The features of three-order derivative noises are presented when they are applied to a ratchet system.