全反射棱镜式环形激光器耦合输出的理论分析

对采用棱镜耦合器的全反射棱镜式环形激光器的耦合输出特性进行了理论研究, 导出了有“楔形”间隙的棱镜耦合器的反射系数和透射系数表达式, 给出了反射率和透过率随“楔形”间隙高度变化的理论计算曲线, 进而研究了有关材料选取、腔内振荡分量的选取及减小棱镜耦合器对环形激光腔内模式的影响等问题. 这些研究对于全反射棱镜式环形激光器在激光陀螺、激光角速度传感器等实际应用中有重要意义.     

四频环形激光器用于精密测角

环形激光测角速度和角度的原理是基于1913年和1925年 Sagnac和 Michelsen等人的环形干涉仪的试验.1962年Macek等人把激光管置于环形腔内构成环形激光器.在环形腔中,正反传播的两列激光行波的频率差正比于激光器■转的角速度,而拍频数则对应于激光器转过的角度,计算公式可由广义相对论导出,式中N为脉冲数,为转角,为比例因子(对固定腔为常数).(l),(2)两式表示出及N间的线性关系.但实际上由于增益介质的反常色散,两列行波间的能量耦合,以及由于菲涅耳一斐索效应引起的拆射率的各向异性等原因,使环形激光器的输出特性并不是如上所述的理想的线…     

用滑模变结构控制方法实现外腔反馈式半导体激光器的混沌控制

通过增加外腔反馈式半导体激光器的激光反馈时间，使系统处于混沌状态，再采用滑模变结构控制方法实现这种激光器的混沌控制.该方法的优点是系统既能很快地获得稳定的输出激光，又能根据工程需要实现激光输出功率强度的灵活调整.理论分析和数值计算结果表明控制结果具有很强的稳定性和鲁棒性.研究结果对改善实际激光系统稳态输出的快速性、输出功率的灵活可调性和能量转换效率有较好的参考价值. 关键词： 混沌 外腔反馈式半导体激光器 滑模变结构控制 外腔长度     

几种新型全反射棱镜式环形激光器的模式选择技术

根据全反射棱镜式环形激光器(TRPRL)的矩阵光学理论和环形He-Ne激光器内环形激光的工作理论,研究了TRPRL的激光模式选择技术方法,可令环形激光器内的顺时针和逆时针两个方向上的激光工作在单谱线、单横模、单纵模的状态,从而在环形激光器内形成稳定的驻波,输出到光电探测器上稳定的干涉条纹信号波形。采用缩短TRPRL的毛细管直径方法,可抑制3.39μm谱线;由于TRPRL的特殊的环形激光器结构,采用分立式特殊结构设计的选频光阑,选频光阑可以放到环形激光器的光路任意位置处,而多个选频光阑即可有效抑制1.15μm的谱线;根据不同波长激光腰斑半径的不同,在光腰处采用特制的椭圆小孔光阑,抑制0.63μm激光的高阶横模。对于TRPRL在全反射棱镜式激光陀螺(TRPLG)中的应用具有重要意义。     

基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术研究

中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈实现激光到F-P腔锁定的可行性,利用一个高精细度中红外超稳F-P腔作为频率参考,基于光学反馈技术实现了量子级联激光器到该超稳腔的锁定.经过评估得到激光器线宽被压窄到1.1 Hz,压窄激光线宽的同时稳定了激光频率,将激光器的长期漂移控制在20 kHz/12 h.其中,为了获取长时间稳定的光学反馈,基于PDH技术获取了误差信号,用于对反馈相位的实时伺服控制.     

温度扰动对棱镜式激光陀螺特性的影响

考虑温度扰动的情况下,对光在棱镜表面反射和折射的传输矩阵进行了修正.根据激光环形腔自洽理论,建立了温度扰动下的棱镜式激光陀螺腔内光束传输物理模型,分析了温度扰动对陀螺频率偏移、标度因数等参数的影响.理论分析表明,当温度在-40~70℃范围波动时,激光陀螺光学腔长变化量、频率偏移量和标度因数变化量依次为10.04μm、0.011 MHz和1.96×10~(-10).建立了棱镜式激光陀螺变温实验系统,实验结果与理论分析相吻合.     

光纤复合环形腔单模激光器的研究

单模光纤激光器在光通讯和光传感中具有广阔的应用前景。分析了复合腔光纤激光器的构成及单模的实现特点,提出了一种新颖的光纤复合环形腔激光器结构,并对其进行了实验研究。该激光器使用了波长为980nm的半导体激光器作为泵浦源。三个腔长均为2m,彼此之间的腔长差为1～2mm的光纤环形滤波器与主谐振腔构成复合腔。此激光器在波长为1562nm处得到了线宽小于0.1nm的单模激光输出,输出的光功率可达到1mW。该激光器的阈值为5mW,斜率效率为4%。     

用声光调制器实现的1 W Nd∶YAG单纵模环形激光器

鉴于单向环形腔是目前获得较大功率单纵模激光最有效的方式之一,为使环形腔单向运行,需要在环形腔内插入对正反2个方向的光产生损耗差的光学元件。采用激光二极管泵浦Nd∶YAG晶体,用声光调制器作为光学二极管使环形腔单向运行,实现四镜矩形环形腔单纵模激光器。实验中谐振腔的稳定性由增益介质的热透镜保证,声光调制器给正反2个方向的光提供损耗差,这使得在竞争过程中有较大损耗的光不能运行从而获得单向输出。实验获得了连续功率1 W、光束质量因子M2为1.21 的1.06 m单纵模激光。     

半内腔He-Ne激光器的调整技巧

介绍了半内腔式He-Ne激光器的结构及调整的技巧,测量了在不同放电电流以及不同腔长条件下激光器的输出功率,得到了最佳的放电电流. 半内腔式He-Ne激光器的应用,有助于学生了解激光器的工作物质、谐振腔等主要组成部分,也促进了学生对激光理论的进一步理解.     

谐振式光纤陀螺多激光器系统相对频率噪声抑制

设计了用于谐振式光纤陀螺系统中两个半导体激光器相对频率噪声抑制的全光纤光路外差式光学锁相环,建立并分析了陀螺精度需求和外差式光学锁相环关键参数的关系,同时对外差式光学锁相环全数字反馈控制环路进行了设计和仿真.通过实验对设计的系统进行性能验证.结果表明两个主从激光器的中心频率实现了参考频率源频率的锁定,且拍频激光中心频率相对于光纤环形谐振腔谐振频率偏离幅值减小了15dB.     

环形腔振动敏感度的研究

为了降低环形腔的环境振动敏感度,设计了一个四柱支撑环形腔。利用有限元数值模拟的方法,通过改变支柱的支撑位置和支柱直径,对环形腔进行数值模拟,得到了环形腔光程变化量随各参数变化的关系曲线。结果表明,通过选择适当的支撑位置和支柱直径,可以使得光程变化量趋近零,光程对振动不敏感。该方法对于高稳定环形腔的设计具有重要的指导意义。     

带调谐光纤F-P腔的光纤环腔半导体激光器的频偏特性研究

本文由速率方程出发分析了带调谐光纤F-P腔的光纤环形腔半导体激光器的频偏特性,结果表明在低频时的频偏功率比自由运转激光器低,而在高频时则趋于一致。改变调制频率和F-P腔的腔长可以改变激光器的频偏功率比,选择适当的调制频率和F-P腔参数就能获得不同的频偏特性。     

CO2的腔增强吸收与高灵敏吸收光谱研究

腔增强吸收光谱(CEAS)是在衰荡吸收光谱的基础上发展起来的一种新型的直接吸收光谱技术.文章报道了用中心输出波长为1.573μm的窄线宽连续可调谐半导体激光器(DFB封装)作光源,用两块高反射率平凹透镜(在1.573μm附近,凹面反射率R～99.4%,曲率半径r～1 m)组成对称共焦腔作吸收池的腔增强吸收光谱系统.采用扫描腔长的方法改变谐振腔的模式,当激光器的输出频率与谐振腔的某一腔模之间满足共振匹配关系时,激光被耦合到谐振腔内,用探测器接收透过谐振腔的光信号,同时用波长计精确测量激光器的输出波长.在33.5 cm长的吸收池内测量了吸收强度为1.816×10-23cm-1·(molecule·cm-2)-1的二氧化碳分子的弱吸收谱线,探测灵敏度达到了6.78×10-7 cm-1.实验结果表明,腔增强吸收光谱具有灵敏度高,装置简单,易于操作等优点.     

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.     

Spectrum control and shaping of optical pulses in optical fibre interferometers

This paper discusses the use of single-mode fibre ring interferometers for injection laser line narrowing and for enhancement of optical emission power. The efficient launching into fibre ring interferometers of multi-frequency external cavity injection laser emission, in both the c.w. and mode-locking regime, has been achieved. Matching the optical lengths of the external cavity and fibre interferometer allowed the measurement of mode width of such a laser. A method is proposed for shaping optical pulses in fibre ring interferometers from constant intensity frequency modulated emission. The mode-locking regime of all-fibre external cavity injection lasers has been achieved.     

任意球面元件的超高反射率测量方法

为了实现任意球面元件的超高反射率测量,提出直腔和折叠腔两种光腔结构,以实现0,10,15和30等不同角度下球面元件的超高反射率测量。详细分析了这两种测量方式,根据光束传输变换公式,推导了任意球面元件在测量中引入的衰荡光腔物理腔长的变化,得到了实验测量中腔长调节指导。并根据光腔衰荡法原理,推导了球面元件在超高反射率测量中的通用数学表达式,对测量公式进行了讨论,分析结果扩展了光腔衰荡法在元件超高反射率测量的使用范围。     

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)。     

High-resolution measurement of fiber length by using a mode-locked fiber laser configuration

A simple method to precisely measure fiber length has been experimentally demonstrated by using a mode-locked fiber laser configuration. Since the transit time in a cavity is exactly proportional to the cavity length, it is easy to obtain the fiber length from the generation of mode-locked pulses in the fiber laser with a long-range nonlinear optical loop mirror that includes the measured fiber. Our new method has a large measurement range, over hundreds of kilometers, and a high resolution, of the order of centimeters, as well as no measurement dead zone.     

基于扫描激光的腔增强吸收光谱研究

介绍了一种建立在半导体激光扫描基础上的腔增强吸收光谱技术。简要介绍了从衰荡吸收光谱技术向腔增强吸收光谱的发展及腔增强吸收光谱的实验装置,实验证明能够将 DFB 型半导体激光与高精密光学谐振腔相结合,用简单的实验装置进行高灵敏、高分辨直接吸收光谱测量。实验中,激光器的输出波长用一台波长计精确测量,当激光器的输出频率与某一腔模的频率共振时,激光被耦合到一个用两块高反射率平凹透镜(在 1.572μm 附近,R~0.994)组成的 34cm 长的高精密光学谐振腔,通过测量激光透过谐振腔后的光强,得到了二氧化碳分子在6358.654cm-1附近的吸收光谱,探测灵敏度达到了 1.2×10-5cm-1。     

850 nm centered wavelength-swept laser based on a wavelength selection galvo filter

A wavelength-swept laser is constructed using a free space external cavity configuration coupled with a fiberbased ring cavity at the 850 nm region. The external cavity filter employs a galvo-mirror scanner with a diffraction grating for wavelength selection. The filter is connected to a ring cavity through an optical circulator.The ring cavity contains a broadband semiconductor optical amplifier with a high optical output. The performance of this laser is demonstrated with broad bandwidths and narrow linewidths. The 3 dB linewidth and the bandwidth of this source are 0.05 nm(~20 GHz) and 48 nm, respectively. The maximum output power is 26 m W at 160 m A current.