激光磁共振光谱方法的进展

本文介绍了激光滋共振光谱方法近几年来的新发展，其中包括实验系统的改进，以及采用磁旋转方法、双调制方法、双共振方法和时间分辨方法的激光磁共振新技术．用这些方法对许多自由基分子、离子分子和激发态分子作了测量，同时也介绍了它们的一些应用．     

激光磁共振用于对NO_2分子的定量测量

本文叙述了采用CO激光磁共振方法对NO_2分子作定量测量,给出了激光磁共振信号幅度的数学表达式以及信号与分子浓度、激光功率等实验参数之间的依赖关系,实验结果与理论分析一致。     

面内位移测量的激光多普勒信号研究

在利用激光多普勒效应进行远距离处固体面内位移测量时，散射光的多普勒信号强度、信噪比及信号质量是位移测量的极重要参量，它们直接影响位移测量的距离和精度。为此研究了激光多普勒差动方法、锁相放大、数字滤波等技术，设计出能获得最好结果的差动光路以及高灵敏度、高Q值的锁相放大器和能重构丢失信号的同态滤波系统等，实现了50m处固体面内位移测量，其最大相对误差可以达到1.5％。     

利用自相位延迟方法测量单块腔反馈半导体外腔激光器的线宽

提出了采用单块折叠法布里-珀罗(F-P)腔作为外腔反馈元件实现窄线宽半导体激光器,采用单块腔的光学反馈来锁定外腔激光器,使用自相位延迟法测量该窄线宽激光器的线宽。实验结果表明,激光器线宽小于35kHz。实验还观测到由于单块腔耦合面上各耦合点的几何量和物理量误差不一样,随着折叠面兼输入输出耦合面上的耦合点的变化,外腔激光器的线宽发生改变。     

外腔锁相宽发光区二极管激光列阵研究

利用简单的外腔,实现了具有宽发光区的商用半导体二极管激光列阵(DLA)的外腔锁相。光谱测量表明,DLA的谱宽由自由运行时的1.9 nm压缩到了0.16 nm,峰值波长由803.8 nm调整到805.5 nm;实测远场光瓣间角距等于1.6 mrad,即波长与发光单元间距之比,表明列阵运行在基超模(或最高阶超模);峰谷结构调制度大于0.8。观察表明,外腔长度在1/10~1/6泰伯距离内变化时,锁相均能实现。实验事实表明锁相是交叉注入锁定的结果。利用半导体激光注入锁定理论,定性分析了外腔DLA由自由振荡向锁相过渡的过程,预言了锁相场波长应出现在自由运行DLA光谱长波端,实验也证实了这一事实。     

激光磁共振方法测量CO激光器的频率稳定度

对于频率不能连续调谐的CO激光器,采用一种新的激光频率稳定度的测量方法是以分子的激光磁共振谱线为基准,通过测量分子的激光磁共振谱线线宽及其变化,然后用阿仑方差进行数据处理,即得出了一系列时畴下的CO激光频率稳定度,并用计算机对取样时间从0.1秒-1000秒的频率稳定度进行幂函数拟合,获得了频畴的CO激光频率稳定度的表达式。     

双波长外腔半导体激光器的研究

提出了电流调制型的双波长外腔半导体激光器方案。外腔半导体激光器具有窄线宽输出以及独特的阶越型电流调制特性,采用正弦调制的方式,以延时光纤作为辅助结构,得到了具有良好相干特性和稳定波长间隔的双波长激光输出。与多种已有的双波长激光器设计方案相比,这种多波长工作方式结构简单,调谐范围宽,在波分复用光通信系统、高精度光纤传感测量以及外差、双(多)波长合成波长干涉测量等技术中具有很好的应用前景。     

激光磁共振方法测量C0激光器的频率稳定度

对于频率不能连续调谐的CO激光器,采用一种新的激光频率稳定度的测量方法是以分子的激光磁共振谱线为基准,通过测量分子的激光磁共振谱线线宽及其变化,然后用阿仑方差进行数据处理,即得出了一系列时畴下的CO激光频率稳定度,并用计算机对取样时间从0.1秒-1000秒的频率稳定度进行幂函数拟合,获得了频畴的CO激光频率稳定度的表达式。     

外腔镜非线性运动对激光回馈应力测量系统精度的影响及修正

基于激光的回馈效应可实现光学材料应力分布的测量, 而系统外腔镜的非线性运动会引起测量结果的误差, 影响系统的精度. 利用高精度Nd:YAG激光回馈干涉仪对外腔镜的位移随时间的变化进行测量, 采用高次拟合的方式得到位移与时间函数关系, 并利用三镜腔等效模型的调谐曲线方程, 对非线性运动引入的应力测量误差进行计算, 实现对系统精度的修正. 结果表明: 外腔镜运动方向不同, 引起的误差呈现相反的变化趋势; 将不同方向的测量结果进行平均, 可减小系统的测量误差. 分析了外腔镜非线性运动带来的误差对系统测量精度的影响, 提出了测量误差修正方法, 对提高系统的测量精度具有重要意义.     

用单块激光器和环形外腔获得稳定的532 nm激光

采用单块半非平面Nd:YAG单频环形激光器和环形外腔倍频技术，获得了单频功率249.5mW的532nm波长的绿光输出，倍频效率43.2%，实现了倍频腔与激光器之间的跟踪锁定，倍频光功率稳定性优于1％，理论计算与实验结果一致。     

外腔锁相二极管激光列阵的超模

利用耦合理论推导了通过外腔反馈实现锁相运行的激光二极管列阵所满足的本征值方程。在忽略非相邻单元间耦合的串联运行方式下,解析求解了包括端面反射的列阵方程的本征值。求出了各阶超模的近场分布,并得到了考虑单个发光单元影响时的远场分布,具体为：当列阵运行于基超模时,近场各个单元间的光场同相,在远场中心位置出现光强主极大;而在其它高阶模式,近场各个单元间光场不同相,远场光强主极大出现在中心位置两侧;远场总体受到单个发光单元近场分布函数的调制。     

外腔锁相二极管激光列阵的超模

 利用耦合理论推导了通过外腔反馈实现锁相运行的激光二极管列阵所满足的本征值方程。在忽略非相邻单元间耦合的串联运行方式下，解析求解了包括端面反射的列阵方程的本征值。求出了各阶超模的近场分布，并得到了考虑单个发光单元影响时的远场分布，具体为：当列阵运行于基超模时，近场各个单元间的光场同相，在远场中心位置出现光强主极大；而在其它高阶模式，近场各个单元间光场不同相，远场光强主极大出现在中心位置两侧；远场总体受到单个发光单元近场分布函数的调制。     

外腔中半导体二极管激光阵列的高阶侧模锁定

理论分析了外腔较短情况下,宽条半导体二极管激光阵列（LDA）高阶侧模相位锁定的可能性,观察了包含主、旁瓣结构的多侧模远场光强分布。从实验记录结果可以看出,在旁瓣中出现了标志锁相的峰、谷结构,而且该结构的调制度明显高于主瓣中的峰、谷结构的调制度,结果表明：在外腔较短情况下,LDA高阶侧模相位锁定的现象是存在的。     

二极管激光光栅-外腔光谱合成技术模拟研究

光栅-外腔光谱合成效率主要由激光器和外腔的耦合效率决定。从衍射积分方程出发,建立了存在离轴像差情况下耦合效率模型,分析了光谱合成系统参数对耦合效率的影响。结果表明：当离轴距离增加、横模阶次增大、模场半径减小、阵列平面或光栅平面偏离焦平面时,耦合效率随之下降;光栅倾角和光栅平面-耦合输出镜距离对耦合效率影响甚微。对采用焦距为500 mm的对称双球面透镜,长度为10 mm二极管激光阵列的系统,快轴方向模场半径应大于0.15 mm, 慢轴方向模场半径应大于 20 μm, 阵列平面位置误差应控制在±0.5 mm内,光栅平面位置误差应控制在±0.2 mm内。     

二极管激光光栅-外腔光谱合成技术模拟研究

 光栅-外腔光谱合成效率主要由激光器和外腔的耦合效率决定。从衍射积分方程出发,建立了存在离轴像差情况下耦合效率模型,分析了光谱合成系统参数对耦合效率的影响。结果表明：当离轴距离增加、横模阶次增大、模场半径减小、阵列平面或光栅平面偏离焦平面时,耦合效率随之下降;光栅倾角和光栅平面-耦合输出镜距离对耦合效率影响甚微。对采用焦距为500 mm的对称双球面透镜,长度为10 mm二极管激光阵列的系统,快轴方向模场半径应大于0.15 mm, 慢轴方向模场半径应大于 20 μm, 阵列平面位置误差应控制在±0.5 mm内,光栅平面位置误差应控制在±0.2 mm内。     

两重外腔的自混合干涉及其信号分析

提出了具有两重外腔的自混合干涉。根据半导体激光器的自混合干涉理论，研究了两重外腔自混合干涉模型，及其信号的调制和解调方法。该方法用一个附加的参考反射镜在半导体激光器(LD)和目标间形成两重外腔，参考外腔用于补偿光学频率涨落引入的相位误差。用快速傅立叶变换相位探测技术(FFT)分析自混合干涉信号。运用这些方法，可提高相位测量精度，在微光机电系统、光学工程和其他工程应用上有潜在的实用价值。     

外腔中半导体二极管激光阵列的高阶侧模锁定

 理论分析了外腔较短情况下,宽条半导体二极管激光阵列（LDA）高阶侧模相位锁定的可能性,观察了包含主、旁瓣结构的多侧模远场光强分布。从实验记录结果可以看出,在旁瓣中出现了标志锁相的峰、谷结构,而且该结构的调制度明显高于主瓣中的峰、谷结构的调制度,结果表明：在外腔较短情况下,LDA高阶侧模相位锁定的现象是存在的。     

外腔半导体激光器中反馈耦合系数及介持吸收系数的测量

在室温下研究了外腔反馈对ＧａＡｌＡｓ量子阱半导体激光器阈值的影响，提出了测量实际反馈量及半导体激光器增益介质吸收系数的方法。利用所测反馈系数汲阈值得到了反馈耦合因子ｋ，驱动电流和增益之间的系数ζ以及实验所用半导体激光器增益介质的吸收系数。