多纵模气体激光时间相干性的分析与研究

本文根据Wiener-Khintchine定理,导出了多纵模气体激光时间相干度的一般表达式;给出了激光多纵模非对称分布与对称分布两种状态下的结果;并当(ⅰ)Δν=0,Δν_D→∞;(ⅱ)Δν=0,Δν_D→∞且δν_(?)=0时,分别与文献[4]和[2,3]的结果一致。文章就上述四种情况下的时间相干性进行了理论分析与实验研究。     

多模激光的模相关和相干模表示

对多模激光的模相关和相干模表示作了深入的理论研究.利用部分相干光理论,将与高斯-谢尔模型光束等效的多模激光表示为空间相干,并且彼此可相关模式的叠加.给出了直角坐标系下模相关系数的解析表达式.基于M²因子概念,建立了在考虑模式相关的一般情况下的多模激光模分解理论. 关键词：     

自由电子激光各类纵模的统一描述

给出一种研究自由电子激光各类纵模发展过程的新解析方法。建立了统一描述各类模的基本方程。并用这一方法研究了各次谐波的诱导辐射、超辐射和边带超辐射。     

氦氖激光纵模脉冲检测及其数据处理

在分析常用低噪声快速光电探测器的基础上,选择PIN光电二极管来探测氦氖激光纵模脉冲。通过合理设计降低前放电路的噪声,根据被测脉冲频率设计探测电路的带宽,达到提高信噪比的目的。同时在后端的数据处理中,根据激光脉冲的波形函数,利用曲线拟合的方法来进一步去除测量中的各种噪声,从而准确地了解脉冲的形状、相位等信息,大大地提高了在现有硬件设备条件下测量的准确性,减小了测量误差。     

激光外差光谱仪的仪器线型函数研究

激光外差是一种基于相干探测原理的高灵敏度光谱检测技术,因其同时具有很高的光谱分辨能力,被广泛应用于诸多研究领域.在光谱测量过程中,仪器线型函数对吸收谱线的平滑作用,会对气体浓度的反演结果产生影响.为了获取激光外差光谱仪的仪器线型函数,基于激光外差原理和信号处理过程,对影响仪器线型函数的射频滤波带宽和积分时间等参数进行了分析,获得了仪器线型函数表达式.利用自行建立的激光外差光谱仪,多次测量了3.53μm波段内水汽、甲烷的吸收谱线,分别将射频滤波频域响应函数和本文获得的仪器线型函数耦合进水汽、甲烷柱浓度的反演.结果表明,射频滤波带宽为30 MHz、积分时间分别为10 ms和100 ms时,光谱仪的实际分辨率分别约为0.005 cm~(-1)和0.025 cm~(-1);使用仪器线型函数对积分时间为100 ms时测量的数据进行反演,透过率残差平方和与甲烷吸收峰值处的残差分别减小16%和100%,提高了气体浓度反演的准确度.     

多纵模短腔染普激光放大前后光谱的比较

实验观测了短腔染普激光器输出的多纵模激光及其经一级染料放大的激光光谱，比较了光谱特性。在一定情况下，短腔染料激光器的多纵模激光经放大器放大可产生一个至几个新纵模，新纵模与短腔染料激光器输出的纵模有相似的频率间隔、线宽及频率牵引等特征。新纵模产生属于三阶四光子混频（即四波混频）为主导的非线性光学效应。存在频率牵引表明，增益介质中的多波混频存在频率失配，在这一四波混凝中光子能量并不守恒。     

多模Ar^＋激光时间相干性与输出功率的关系

本文就多纵模Ar~+激光时间相干性(即相干长度)与输出功率的关系进行了实验观测,得到了相干长度与输出功率关系近似为双曲线函数的实验结果,并根据简单的Smith模型,对多纵模激光的时间相干性与输出功率进行了理论分析与数值计算.研究结果表明,理论与实验结果基本吻合.     

基于谱线线型函数的气体浓度检测技术

快速、精确地测量微量气体浓度的技术在大气质量分析、环境污染检测等领域具有广泛的用途。在红外光谱检测技术中,气体吸收光谱的谱线线型函数是定量测量气体浓度的一个重要参量,而如何准确和快速地得到气体谱线线型函数值是气体浓度测量中的一个关键问题。首先从理论上分析了谱线线型函数,得出计算谱线线型函数的一般方法及探讨了气体浓度与谱线线型函数峰值之间的关系。然后,利用可调激光器及光谱仪检测系统测量了乙炔在1 515～1 545 nm波长范围内的吸收光谱,再通过Lambert-Beer定律计算得到在不同频率下的谱线线型函数峰值,最后利用程序拟合出该波段内气体的谱线线型函数峰值分布曲线,并与Voigt线型函数理论计算值进行了比较,发现理论计算的谱线线型函数峰值仍存在一定的偏差。相比理论计算结果,所提出的检测方法得到的乙炔浓度与真实的乙炔浓度值更加吻合,表明了通过实验确定的谱线线型函数的经验公式可以更好地用于气体浓度的检测。由于利用实验测量值获得了谱线线型函数峰值分布的拟合曲线,因此可以快速准确地计算出所对应的谱线线型函数峰值,从而大大地简化了线型函数的计算过程。实验所获得的数据可应用于光学遥测乙炔气体浓度,且提供的方法也可以应用到其他气体的谱线线型函数峰值的测量中。     

腔内波片产生的Nd∶YAG激光纵模分裂规律研究

简要介绍了激光纵模分裂的基本原理，研究了腔内含有1个和2个1/4波片时产生Nd∶YAG激光纵模分裂的规律。实验结果表明：在1064nm Nd∶YAG激光的腔内放置一个1/4波片时，每一激光纵模分裂为2个正交的线偏振模，在波片表面垂直于激光光线的条件下，纵模分裂量（即频率差或波长差）恰好等于激光纵模间隔的一半；当在Nd∶YAG激光腔内沿垂直光线方向平行放置2个1/4波片时，也能产生纵模分裂现象，其纵模分裂量取决于2波片快（慢）轴之间的夹角。在0°～ 90°范围内调节角度，可使纵模分裂量在一个激光纵模间隔内线性调谐。实验结果与理论分析相吻合。     

基于共焦腔的激光器纵模测量实验装置

根据谐振腔的理论,利用共焦腔扫描干涉仪,制作了激光器纵模测量装置,使用该装置可以演示和简单测量He-Ne激光器的纵模.     

LD泵浦Nd：YAG激光器纵模特性及频率稳定性实验研究

摘要为了更好地研究LD泵浦Nd：YAG激光器的输出光束质量，利用共焦球面干涉仪设计了一套用于测量和分析该激光器纵模特性的简易装置，对该激光器的纵模进行了实验分析。在室温下测得纵模间隔为1.83GHz，纵模谱线宽度为113.83MHz。同时利用此装置，对该激光器的频率稳定性进行了分析，在120s取样时间内，测得频率稳定度为2.94×10^-4。     

高增益激光器的模式和时间相干性

以高斯型的功率谱模型为基础在理论上计算了高增益激光器的运转状态与光束的时间相干性之间的依赖关系。在实验上研究了ＣｕＢｒ激光的时间相干特性，并将计算结果与实验结果进行了比较。     

基于散斑抑制的合成孔径激光成像雷达的结构和工作模式

目标漫反射产生的激光回波散斑效应严重影响合成孔径激光成像雷达(SAIL)的成像质量。在体系结构上提出了抑制散斑效应的系统性解决方案,建立了SAIL结构和工作模式设计的理论基础。研究了SAIL中与目标分辨单元尺寸、啁啾波长变化、目标相关性质和接收面光强随机分布有关的散斑统计特性。定义了SAIL光学接收天线的散斑孔径积分场复相干函数,它是天线孔径相关函数和目标分辨单元相关因子的卷积,其宽度就是可实现的孔径合成长度,给出了实现较大的孔径合成长度的发射口径、接收口径和实际孔径合成长度的设计原则,发现和分析了由啁啾散斑移动产生的拍频信号波动。最后建议采用滑动聚束模式来有效使用散斑效应造成较短的孔径合成尺度,因为其光束扫描宽度对SAIL移动距离有放大作用。同时也提出了具有多发射机/多接收机的多通道结构以提高回波散斑光场的探测率。     

Effects of Spatial Coherence and Dispersive Diffraction on a Change in Optical Spectrum

This paper describes a change in optical spectrum on propagation in free space for a particular class of spatially partially coherent fields emanating from a polychromatic secondary source. A rectangular opening aperture in an opaque screen, illuminated with an extended incoherent polychromatic primary source, works as the secondary source. The spectral change is explored in detail theoretically and experimentally in association with spatial coherence in the secondary source as well as dispersive diffraction by the secondary source. The peak shift of the spectrum is associated with the coherence area for characterizing the secondary source. The peak shift becomes maximum if the secondary source is spatially coherent, but no shift occurs if the secondary source is spatially incoherent.