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。     

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。     

晶闸管的擎住电流与维持电流

晶闸管的擎住电流和维持电流对于晶闸管的工作有重要的影响.利用晶闸管的导通特性,从载流子的角度推导出擎住电流的计算公式;通过对NPN晶体管电流增益的分析,得到维持电流的表达式.将计算结果与Sentaurus TCAD软件仿真结果对比,发现两者符合较好,验证了计算公式的正确性.     

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     

外腔共振和频系统中阻抗匹配的理论研究

外腔共振是提高和频效率的有效方法. 实现外腔共振高效和频需要基频光高效地耦合到外部谐振腔中, 因此系统要达到阻抗匹配. 本文分别建立了双波长和单波长外腔共振和频系统的理论模型, 分析了腔增强因子与耦合腔镜反射率、入射基频光功率等参数的依赖关系, 通过数值模拟获得最优化的共振光耦合腔镜反射率, 使系统达到阻抗匹配, 提高和频效率. 研究表明, 无论双波长还是单波长外腔共振和频系统, 共振基频光的最佳耦合腔镜反射率只会随着另一束共振或者不共振的基频光入射功率的增加而减小, 而其本身的入射功率变化则影响较小; 进一步分析表明, 若共振基频光的耦合腔镜反射率超过阻抗匹配值, 和频光功率将会迅速减小, 而小于阻抗匹配值时, 和频光功率减少速度相对较慢, 因此实验过程中要尽量避免过耦合的情况出现. 本文的理论分析过程将对外腔和频实验有一定的指导意义.     

基于三波耦合波方程数值精确解分析外腔高效和频对腔模的影响

基于外部谐振腔可以实现两基频激光的高效和频转换,通常可以采用泵浦不消耗近似(PUA)或小信号近似(SSA)来理论模拟实验结果。然而当基频光功率相近且转换效率较高时,此两种近似的误差就会变得不可接受,然而三波耦合波方程(TWCE)解析解通常需要进行椭圆积分,直接数值求解就变得简单易行。本文首先基于龙格-库塔方法求解准相位匹配下的TWEC,并与PUA和SSA下的解析解进行比较分析,确定了两种近似的适用条件;最后基于该精确数值解结合腔模理论对外腔高效和频对腔模线型的影响进行了研究。     

双重频率锁定的腔衰荡吸收光谱技术及信号处理

针对传统腔衰荡光谱技术浓度获取率低,提出基于双重锁定的连续波腔衰荡吸收光谱技术.通过波长调制一次谐波信号将激光器的频率锁定到C_2H_2吸收线上,同时使用PDH锁频技术将衰荡腔锁定到激光器上,从而避免了测量过程中激光器的频率漂移和腔长的抖动,使测量结果更加精确;并且,由于双重锁定,单次衰荡事件的发生率,也就是浓度信息的获取率只受衰荡时间以及重新锁定时间限制,在本试验系统中采集速率可以达到30 k Hz,可以实现对气体浓度的快速测量.为了提高信噪比,采用Kalman滤波技术,对浓度信息进行实时处理,有效抑制了噪声,根据阿伦方差分析,探测灵敏度可以达到4×10~(-9)cm~(-1)(2 s平均).     

高效频率转换下双波长外腔共振和频技术研究

基于外腔的高效频率转换, 尤其是当系统运行在抽运不消耗近似机理下, 信号光可实现大于90%的转换, 因此无法通过信号光直接获得其到腔模频率锁定的误差信号. 本文通过对信号光调制、和频光解调的方法获得了该误差信号, 实现了双波长激光到外腔腔模的级联锁定. 实验中外部环形腔将1.3 W的1064 nm抽运光放大到约14.3 W. 当1583 nm信号光从10 μW变化到50 mW, 其到636 nm和频光的转化效率约为73%; 当从50 mW变化到295 mW时, 转换效率呈线性降低到60%, 最终获得了440 mW的636 nm激光.