基于角锥棱镜的非平面单频环形腔本征态分析

对基于角锥棱镜的非平面单频环行激光器的本征态问题进行了详细讨论,通过参考光线研究了该环形腔的光路闭合情况.腔内允许存在的四个本征椭圆偏振态,由于模式竞争,最终仅存一个本征模式振荡,从而实现单频运转.通过对腔内环路矩阵结构的分析,得出该环形腔中线偏振模式的产生需要系统的光路结构对称.对角锥棱镜的圆柱部分施加磁场,随着磁场的增大,对称光路结构中的本征态结构发生变化,并在适当磁场处出现线偏振模式.     

激光陀螺本征模偏振态与磁敏感特性的理论研究

环境磁场的干扰是影响激光陀螺精度的重要因素之一. 为了减小二频机械抖动激光陀螺的磁敏感性, 推导了环形腔的琼斯矩阵, 其中考虑了非共面角、增益介质、腔损耗、腔镜反射各向异性和应力双折射, 采用矩阵本征问题求解的摄动理论分析了环形腔的偏振态和磁敏感特性. 研究表明, 为了减小激光陀螺的磁敏感性, 应减小非共面角和腔损耗, 增大腔镜的反射各向异性. 腔镜应力双折射究竟会增大还是减小磁敏感性与应力作用主轴、受应力腔镜的位置有关, 此外它还会引起顺时针和逆时针模式之间的偏振非互易性. 磁敏感性与腔失谐近似成线性关系, 导致激光陀螺工作于增益峰值时磁敏感性并非最小. 这些结果对减小二频机械抖动激光陀螺的磁敏感性具有较好的指导意义. 关键词： 激光陀螺 磁敏感性 椭圆度 琼斯矩阵     

腔镜倾斜对平面环形腔激光振荡模式的影响

从Fox-Li迭代法出发,用光学仿真软件GLAD实现了对平面环形腔的建模。利用此光学模型进行了腔镜倾斜对其本征模式影响的研究,给出了腔镜在两个方向不同倾斜角度下的谐振腔模式光强分布、光强峰值点位置及谐振腔损耗的变化。研究结果表明:腔镜倾斜使平面环形腔模式发生畸变,随着腔面倾斜加大,腔损耗增大,光强峰值点向镜边沿偏移,且腔镜在垂直于腔面方向上的倾斜对振荡模式的影响比腔镜在腔面内的倾斜对振荡模式的影响大。     

平面谐振腔参数对腔内模式椭圆率影响的机理研究

腔内模式椭圆偏振态和磁场是激光陀螺产生磁致误差的两个必要条件,减小腔内模式椭圆率是降低激光陀螺磁灵敏度的重要途径。基于琼斯矩阵的谐振腔理论,提出了建立自洽方程的位置原则;提出了自洽方程求解中起振模式的选取方法;形成了准确、完善的腔内模式椭圆率计算公式。采用数值分析法,分析了平面腔激光陀螺反射镜参数及光路非共面误差对腔内本征模式偏振态的影响机理;提出了两种通过配置反射镜反射相移减小腔内模式椭圆率的新方法。     

激光二极管抽运非平面单向行波环形腔单频固体激光器的设计

激光二极管抽运的单块非平面环形腔固体激光器具有结构稳固、效率高等优点 ,在一定的纵向磁场作用下 ,可形成单向行波振荡 ,纵向抽运时就可得到较高功率的单频输出 ,有广泛的应用前景。文中在详细讨论了非平面单向行波环形腔形成单频的原理基础上 ,研究了国际上流行的“三角形”单块非平面环形腔 ,并用此种腔型得到 2 70 m W的基横模单纵模 1.0 6μm激光 ;同时提出了所设计的非平面环形腔“梯形环形腔”和“角锥棱镜式环形腔”。由于它们工作原理相近 ,统称它们为“泛三角形非平面单向行波环形腔”。     

激光二级管抽运非平面向行波环形腔单频固体激光器的设计

激光二极管抽运的单块非平面环形腔固体激光器具有结构稳固、效率高等优点,在一定的纵向磁场作用下,可形成单向行波振荡,纵向抽运时就可得到较高功率的单频输出,有广泛的应用前主。文中在详细讨论了非平面单向行波环形腔形成单频的原理基础上,研究了国际上流行的“三角形”单块非平面环形腔,并用此种腔型得到270mW的基横模单纵模1.06um激光;同时提出了所设计的非平面环形腔－－“梯形环形腔”和“角锥棱镜式环形腔”。由于它们工作原理相近,统称它们为“泛三角形非平面单向行波环形腔”。     

全反射棱镜式谐振腔中高斯光束角度误差对本征模式偏振损耗的影响

本文引导学生将“激光原理与技术”课程中所学的高斯光束特性与布儒斯特定律相结合,以全反射棱镜式(TRP:Total Reflection Prism)谐振腔为例,研究了高斯光束在TRP面传输过程中入射角度误差对腔内本征模式偏振损耗的影响,并讨论了腔内本征模式入射角度误差、束腰位置(即束腰到棱镜面的距离)z₀和焦参数f等对偏振损耗的影响。结果表明：在一定范围内,随着角度误差的增加,s、p分量偏振损耗增大,最后趋于稳定。同时,对于同一角度误差而言,随着z₀和f的增大,s、p分量的偏振损耗减少,且相同的z₀和f的增量会引起更小的s、p分量偏振损耗。本文研究结果可对TRP腔内本征模式偏振损耗的降低、腔体结构设计及优化提供一定的理论依据。     

各向异性光腔的偏振特性及Stokes偏振矢量

本文采用Stokes矢量处理各向异性腔(包括有源和无源腔)的偏振特性.导出在激活介质的增益系数、介电常数和腔的损耗均具有各向异性的情况下,Stokes偏振矢量的运动方程,并给出光腔本征偏振态、本征频率和频率裂距的解析表达式.     

偏振光的χ矢量表示及应用

从Jones矢量的定义中引入了χ矢量,利用该矢量的定义给出了偏振光的χ矢量复平面表示,在该二维复平面上,确定了各个点与偏振光的态势相对应的关系.同时证明了与Jones矢阵的本征态有关的几个重要的结论:任何光学系统的Jones矩阵都有两个本征态;旋光介质的两个本征态是左旋和右旋圆偏振光;偏振器的本征态是两个正交的线偏振光;双折射介质的两个本征态是分别沿快、慢轴方向的线偏振光.     

石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺中光场偏振特性的影响

为研究石英晶体温度效应对四频差动激光陀螺的影响,从陀螺的自再现传播矩阵出发,结合石英晶体旋光率随温度变化的经验公式,利用琼斯矩阵求本征模的方法,得出了四频差动激光陀螺腔内光场本征偏振态与温度的关系并进行了数值分析,得到椭圆度和左右旋差损随温度变化的曲线。结果表明,石英晶体温度效应对偏振特性的影响与反射镜片的振幅反射率和反射相移有密切关系,对于典型陀螺参量,在-60℃～60℃范围内石英晶体温度效应导致左右旋差损从0增加至10-6量级, 椭圆度从0.122增至0.138。     

Unidirectional Single-Mode 532-nm Nd:YAG Laser Using Intracavity Frequency Doubling in Nonplanar Ring Geometry

Intracavity frequency doubling of a single-mode Nd:YAG laser using a nonplanar ring cavity is demonstrated. The nonplanar ring cavity consists of a Brewster-angled Nd: YAG crystal placed in a magnetic field, a KTP crystal, and two spherical mirrors. In this design the Nd:YAG crystal acts as both a nonreciprocal polarization rotator and a partial polarizer, and the nonplanar portion of the ring cavity, which is formed by a relative twist angle between the Brewster-angled end surfaces of the crystal, serves as a reciprocal polarization rotator. Eigenpolarization theory for the cavity configuration is presented and a suitable value of the relative twist angle for unidirectional operation is estimated. A single-mode output power of 22 mW at 532 nm is obtained with a 1.2-W diode laser at 809 nm and a laser linewidth of less than 100 kHz is inferred from a beat note frequency spectrum between two identical laser systems.     

External-cavity birefringence feedback effects of microchip Nd:YAG laser and its application in angle measurement

External-cavity birefringence feedback effects of the microchip Nd:YAG laser are presented. When a birefringence element is placed in the external feedback cavity of the laser, two orthogonally polarized laser beams with a phase difference are output. The phase difference is twice as large as the phase retardation in the external cavity along the two orthogonal directions. The variable extra-cavity birefringence, caused by rotation of the external-cavity birefringence element, results in tunable phase difference between the two orthogonally polarized beams. This means that the roll angle information has been translated to phase difference of two output laser beams. A theoretical analysis based on the Fabry--Perot cavity equivalent model and refractive index ellipsoid is presented, which is in good agreement with the experimental results. This phenomenon has potential applications for roll angle measurement.     

光学玻璃应力双折射叠加

为解决在光学玻璃应力双折射测量中遇到的双折射叠加问题,利用光学等效原理,使用一个线性双折射模型和一个旋转器来代替叠加模型。对叠加的情况做了分析和计算,得到了叠加后的特征延迟、主应力方向和旋转角随两个应力模型主应力方向夹角变化的曲线。理论分析表明,应力双折射叠加不是应力双折射的简单相加,而是与叠加模型各自的应力双折射值和主应力方向的夹角有关。实验结果与理论计算相吻合。应力双折射叠加对实际光学玻璃测试造成不良影响,使测量精度降低,特别是有透光支撑机构或折射液容器的情况下,应力双折射叠加的影响不可忽略。     

针剂中异物的光电检测方法研究

针剂在实际生产过程中容易混入异物颗粒,异物颗粒影响人体健康,因此针剂在出厂前必须进行异物检测.本文提出了一种基于光阻法的针剂异物的检测方法,介绍了检测原理及其信号处理方法,单瓶静态实验表明,该方法与人工检测方法比较,符合率为96.30%.针对检测区域和测试时间过小所造成的漏检可能,提出了双光路检测方法,并通过实验论证了其可行性.     

Kerr-lens mode-locked polycrystalline Cr:ZnS femtosecond laser pumped by a monolithic Er:YAG laser

We demonstrated a Kerr-lens mode-locked polycrystalline Cr:ZnS laser pumped by a narrow-linewidth linearpolarised monolithic Er:YAG nonplanar ring oscillator operated at 1645 nm. With a 5-mm-thick sapphire plate for intracavity dispersion compensation, a compact and stable Kerr-lens mode-locking operation was realised. The oscillator delivered 125-fs pulses at 2347 nm with an average power of 80 m W. Owing to the special polycrystalline structure of the Cr:ZnS crystal, the second to fourth harmonic generation was observed by random quasi-phase-matching.     

几种新型LD泵浦Nd∶YAG双频激光器

介绍了几种LD泵浦Nd∶YAG双频激光器 ,均应用双折射原理实现。一类是利用自然双折射效应 ,在激光谐振腔内加入自然双折射元件 ;另一类则是对YAG晶片加压力 ,使YAG晶片本身成为应力双折射元件。由于双折射效应使激光在谐振腔内产生偏振方向互相垂直的寻常光 (o光 )和非寻常光 (e光 )两种成分。因为o光和e光在双折射元件中有着不同的折射率 ,因此一个激光谐振腔变成了具有两个物理长度的谐振腔 ,从而产生双频激光。改变自然双折射元件或对YAG晶片施加的压力 ,可调谐频差。实验中获得 10 9Hz量级的大频差 ,合成波长可到几十毫米 ,适用于绝对距离干涉测量     

变光外差为电外差的双频激光探测

演示一种双频激光位移探测系统,阐述光载波激光雷达的概念。由单块非平面环形腔固体激光器和声光调制器产生100MHz载波频率的双频激光束,作为探测光束,经过光路收发系统,探测位于电动导轨上目标的位移变化,信号处理部分采用高速光电探测器响应后信号的电子外差解调方式,位移量的获得通过高频锁相放大器解算参考光束与信号光束的相位差并计算获得。通过双频激光把光学外差探测变为了电子外差探测,系统重复误差小于3%。系统在利用无线电雷达信号处理方式的同时,保留了激光探测的优点,位移测量系统具有良好的重复性。     

基于1556 nm光纤激光器频率分裂效应的应力测量

光学元件在红外波段的应力-光学常数是众多光学系统关心的问题之一.本文提出一种基于1556.16 nm掺铒光纤激光频率分裂效应的光学玻璃内应力致双折射测量方法.选择平面介质膜腔镜和光纤光栅(FBG)构成线形半开放式谐振腔,并分析了光纤自身弯曲引入谐振腔内的双折射.将待测光学玻璃附带力传感结构放置在谐振腔内,结合Jones矩阵传递方程得到了外载荷所致双折射与空腔双折射的叠加模型.对光学玻璃的载荷从0逐级递加到20 N,内腔的频率分裂量增加,根据双折射叠加模型和频率分裂原理解出应力与频率分裂量的对应关系,且该结果可溯源到基本物理量—波长.实验结果表明,系统灵敏度为22060 Pa/nm,线性度为99.44%,可广泛应用于红外波段的光学元件双折射精确测量.