基于非线性晶体及H(a)nsch-Couillaud技术的激光-环形腔频率锁定技术研究

基于H(a)nsch-Couillaud(H-C)频率锁定技术,通过理论计算得到了用于实现激光到环形腔频率锁定的误差信号,并在实验上利用1583 nm激光与腔内含有KTP晶体的蝶形环形腔对激光到环形腔的频率锁定进行了实验研究,理论结果与实验结果相符.该方案与传统方法相比,大大简化了实验装置,而且操作方便灵活,可以广泛地...     

阈值电路特性对腔衰荡光谱测量影响的实验研究

腔衰荡光谱技术(cavity ring-down spectroscopy, CRDS)是一种高灵敏的激光吸收光谱技术,被广泛应用于镜片反射率测量、光谱分析以及痕量气体检测等研究领域。首先从理论上描述了CRDS技术的实验原理,然后基于555定时器自行设计了一种可应用于CRDS技术的阈值电路,并通过实验进行了验证。为了优化阈值电路的性能,研究了不同输入阻抗及容抗下阈值电路对衰荡事件测量的影响。通过直接接入不同值的电容与电阻,发现输入电容越大,输入阻抗越小,对衰荡事件的测量影响越大,尤其当阈值电路输入电阻小于50 Ω时,衰荡事件的线型严重扭曲。对不同输入电阻与输入电容时C₂H₂气体在6 531.780 5 cm-1处的吸收信号进行了采集与分析,发现输入电容与输入电阻的改变对测量结果有很大的影响,得到的吸收信号会失真,甚至无法进行拟合。最终给出了阈值电路的最佳设计方案,在阈值电路的设计中选取的输入阻抗越大越好,最小要在100 Ω以上,选取的容抗越小越好,最好低于1 nF,同时要保证阈值电路的时间常数远小于衰荡时间。该研究对于CRDS技术应用过程中阈值电路的设计具有重要的参考价值。     

Complex dynamics of an archetypal self-excited SD oscillator driven by moving belt friction

We propose an archetypal self-excited system driven by moving belt friction, which is constructed with the smooth and discontinuous(SD) oscillator proposed by the Cao et al. and the classical moving belt. The moving belt friction is modeled as the Coulomb friction to formulate the mathematical model of the proposed self-excited SD oscillator. The equilibrium states of the unperturbed system are obtained to show the complex equilibrium bifurcations. Phase portraits are depicted to present the hyperbolic structure transition, the multiple stick regions, and the friction-induced asymmetry phenomena. The numerical simulations are carried out to demonstrate the friction-induced vibration of multiple stick-slip phenomena and the stick-slip chaos in the perturbed self-excited system. The results presented here provide an opportunity for us to get insight into the mechanism of the complex friction-induced nonlinear dynamics in mechanical engineering and geography.     

Hopf Bifurcations for the Recently Proposed Smooth-and-Discontinuous Oscillator

We investigate the Hopf bifurcations of the recently proposed smooth-and-discontinuous （SD） oscillator which exhibits both smooth and discontinuous dynamics depending on the value of a parameter a. The nonlinearity presented in this system characterizes irrationality and piecewise linearity for smooth and discontinuous cases, respectively, which could not meet the requirements of the conventional methods due to the barrier of Taylor expansion. Introducing a series of new kinds of elliptic integrals of the first and second kind to the perturbed oscillator, we obtain the Poincare-Birchoff normal forms of Hopf bifurcations for both smooth and discontinuous regimes. We also demonstrate the criteria for the occurrence of Hopf bifurcations, the stability of periodic solutions bifurcating from the equilibria and the excellent agreement between the theoretical and numerical results.     

双波长外腔共振和频中Boyd-Kleinman因子优化的理论研究

双波长外腔共振是提高和频转换效率的有效手段,然而基于Boyd-Kleinman(BK)理论,和频效率除了受基频光功率密度影响外,主要受BK因子限制。本文通过分析BK因子随腔结构参数的变化关系,给出基于外腔频率转换过程中BK因子优化的一般方案,从而为搭建相关实验提供必要的理论基础。     

激光诱导等离子体光谱用于煤中氧的定量分析

利用激光诱导等离子体光谱(LIPS)技术实现对燃煤电厂输煤管中煤质的在线检测对于提高锅炉燃烧效率具有重要的现实意义,但对煤中氧含量的测量却是个难题.提出了一种新的数据处理方法,主要包括内标法、最佳分析线选择法、温度校正法及多线法等,来提高对煤中氧含量定量分析的准确性和重复性.实验中先通过8组煤样获得了煤中氧的定标方程,然后又利用其它6组煤样来验证该定标方程的准确性.实验结果表明,利用本数据处理方法对煤中氧含量测量的绝对误差小于1.1 %,多次测量的相对标准偏差(RSD)小于5.9%,显示了较高的测量精度和重复性.     

电光调制器输入端光纤温度对光纤频率调制光谱影响的研究

激光光谱技术由于其高灵敏、高分辨、可在线检测等优点被广泛的应用与痕量气体探测领域,而频率调制光谱(FMS)技术由于其除了探测灵敏度高的优点外且可同时探测气体样品的吸收和色散,通常还被应用于原子分子物理、量子光学等领域。发展全光纤FMS可以在保持气体探测灵敏度的同时有效简化实验装置,然而FMS是一项偏振态敏感技术,光纤温度变化等引起不适当的偏振态变化会诱发残余幅度调制(RAM),该RAM不仅使FMS线型扭曲,同时对其色散信号产生直流偏置,因此研究光纤温度对RAM特性的影响具有非常重要的意义。研究首先通过理论和实验验证了相位可控波片模型解释保偏光纤特性的可行性,然后实验测量了进入电光调制器(EOM)前保偏光纤温度对RAM的影响,发现由RAM引起的色散光谱直流偏置随温度呈正弦变化,且在24和26.8 ℃时直流偏置为零,即无RAM的状态,然而基于温度的直接RAM消除无法替代Wong-Hall提出的伺服反馈控制来实现其长期抑制,这种温度诱发RAM的变化也是所有FMS色散信号背景漂移的主要原因。     

基于单波长外腔共振和频技术产生波长可调谐589 nm激光及钠原子饱和荧光谱的测量

本文基于新型单波长外腔共振和频技术实现了转换效率高、波长可调谐589 nm激光的输出, 其中基频光波长分别为1583 nm和938 nm, 和频晶体为周期极化铌酸锂. 在1583 nm激光频率被锁定到外部环形腔腔模后, 通过对938 nm激光的频率扫描实现了输出功率4.96 mW, 调谐范围7 GHz的589 nm激光输出, 并采用声光调制器的伺服反馈技术有效提高了输出功率的稳定性. 最后采用该光源对钠原子在348—413 K (75—140 ℃)时D₂线的饱和荧光谱进行了测量. 观察到了多普勒背景下钠D₂a, D₂b以及Crossover的亚多普勒结构, 其均可为589 nm频率的锁定提供参考信号. 关键词： 单波长外腔共振 和频 589 nm 钠原子饱和荧光谱     

电光调制器低频控制对受残余幅度调制影响的频率调制光谱线型优化研究

频率调制(FM)光谱技术中由于激光偏振态变化产生的残余幅度调制(RAM)使其在微量气体检测中的应用受到极大的限制。理论上详细分析了这一过程产生的原因,获得了存在RAM时FM光谱线型的表达式,同时给出N.C.Wong和J.L.Hall(W-H)方案抑制RAM后的FM光谱线型表达式;在实验上通过对乙炔气体的测量获得了存在RAM时的光谱线型,同时采用W-H方案对RAM进行了抑制,并获得了优化的光谱线型;最后基于理论结果对实验线型进行了拟合,两者差值小于信号峰峰值的4%。