扭转模结构双腔双频Nd∶YAG激光器

为了产生频差可调谐1 064nm双频激光输出,设计了一种扭转模结构双腔双频Nd∶YAG激光器,其两个驻波谐振腔共用相同的Nd∶YAG增益介质,以扭转模结构消弱增益空间烧孔效应,使Nd∶YAG激光器的两个驻波腔均以单纵模振荡,从而获得正交线偏振1 064nm双频激光输出.理论分析了扭转模结构激光单纵模选择原理和双频激光同时振荡原理,实验研究了双频激光振荡特性和频差调谐特性.研究结果表明:双频Nd∶YAG激光器的两个谐振腔能够同时以线偏振单纵模稳定振荡输出,其频差大小可随激光腔长的改变而调谐,频差调谐范围可达1个纵模间隔,实验观察到的频差调谐范围为0.3GHz~3GHz.     

激光器锁模的一些技术问题

超短脉冲激光产生以来,引起了广泛的注意,大大推进了许多科学技术的发展[1].但是如何获得所需波长的好的锁模,仍是值得认真讨论的问题.我们将以钕玻璃锁模激光器为例。提出获得好的锁模的一些技术要求,这些要求原则上也适用于紫外或红外锁模激光器.1.腔结构的选择 我们在实验中,先后选用驻波腔和行波腔(如图1和图2所示).对于驻波腔又先后采用平面平行腔和半共焦腔. 行波控振荡条件为 RTe=1(1)其中R为输出镜反射率,T为染料的透过率,为工作物质的受激发射截面.N1为反转粒子数,l为工作物质长度. 驻波腔振荡条件为 RT2e2N2l=1(2)N2为反转粒…     

对光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔纵模间隔问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔的透射特性进行了深入分析,指出了FBG F-P腔透射谱中纵模位置的影响因素,讨论了与普通F-P腔的联系和区别.应用光栅的有效镜面模型对FBG反射主瓣内反射系数的相位因子进行线性模拟,定义了FBG有效长度的概念并得出其表达式.提出将FBG的有效长度纳入到FBG F-P腔的等效腔长中,用等效腔长来计算FBG F-P腔中的纵模间隔.数值仿真和实验结果都表明,用等效腔长计算所得的纵模间隔与实际的FBG F-P腔中的纵模间隔符合很好,误差极小. 关键词： 光纤布拉格光栅 法布里-珀罗腔 纵模间隔 有效镜面模型     

基于氧化石墨烯的锁模激光实验

设计了低成本全固态锁模超快激光实验系统,使用透射式氧化石墨烯饱和吸收体作为被动锁模元件,直接插入到腔内,可依次观察到激光的不同运转状态.实验采用结构紧凑的谐振腔设计,获得了二极管端面泵浦Nd∶YVO4晶体的1 064nm连续波被动锁模激光输出,重复频率为81MHz,最大平均输出功率为1.23W,相应的锁模单脉冲能量为15.2nJ.     

795 nm高温高功率垂直腔面发射激光器及原子陀螺仪应用

在传统的氧化物约束型的垂直腔面发射半导体激光器中,横向光限制主要取决于氧化层的厚度及其相对于腔内光驻波分布的位置.通过减少外延结构中氧化层与光场驻波分布之间的重叠,可以降低芯层与包层之间的有效折射率差,从而减少腔内可存在的横向模的数量,并增加横模向氧化物孔径之外的扩展.本文利用这一原理设计并制作了一个795 nm的大氧化孔径的垂直腔面发射激光器.器件在80℃下可实现4.1 mW的高功率单基模工作,最高边模抑制比为41.68 dB,最高正交偏振抑制比为27.46 dB.将VCSEL作为抽运源应用于核磁共振陀螺仪系统样机中,实验结果表面新设计的VCSEL可以满足陀螺系统的初步应用需求.     

光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔纵模特性研究

分析了光纤布拉格光栅构成的法布里-珀罗（F-P）腔的透射谱特性，讨论了光栅带宽，反射系数相位因子以及腔长对F-P腔透射特性的影响，并对F-P腔随温度和应变的特性进行了分析，然后给出如何设计在光栅中心耦合波长处单模运转的法布里-珀罗腔.并提供了数值模拟结果和实验结果. 关键词： 光纤布拉格光栅 法布里-珀罗（F-P）腔 光纤激光器     

X形谐振腔的共振及其差动传感特性研究

亚波长金属结构中的共振在纳米传感器领域是很重要的.本文研究了金属结构中纳米腔的共振特性及传感应用.构建了相关的倾斜腔、V形腔和X形腔,其中V形腔由两个倾斜腔构成,X形腔由两个V形腔构成.利用时域有限差分方法模拟了三种腔与波导的耦合作用,并应用耦合模理论对透射谱进行拟合验证.应用驻波理论分析了三种腔内共振的物理机制,发现...     

激光谐振腔设计软件的算法研究与计算机实现

为使激光工作者可以方便地进行谐振腔诸如热透镜、容差等参量的优化分析与设计,研究了激光谐振腔设计软件的算法并在计算机上得到实现.使用ABCD矩阵方法分析激光光束的传输与变换.为使分析和设计更具有一般性和通用性便于计算机编程,考虑矩阵元素均为复数的情况,同时将光束质量因子M2和介质中的光束传输考虑在激光谐振腔模的传输变换当中,这样当矩阵元素虚部都为零,而M2=1和介质折射率为1时,就可以过渡到通常的基模高斯光束在空气中经实元件矩阵传输变换.并以此为基础使用VB在国内成功开发出具有稳定驻波腔、稳定行波腔、非稳驻波腔、非稳行波腔、相位共轭腔、光束传输变换等多种功能的可视化谐振腔软件.     

强耦合腔量子电动力学中单原子转移的实验及模拟

对于强耦合腔量子电动力学系统中以自由下落方式转移原子与腔模强耦合作用过程进行了实验研究,并在理论上利用蒙特卡罗方法对整个实验过程进行了模拟.根据模拟的高精度光学微腔实时记录的原子穿腔信号,获得了原子与腔模相互作用以及冷原子的参数等基本信息,包括不同初始条件下原子与腔模相互作用时腔的透射谱、单个原子在腔内的驻留时间、原子到达腔模时刻的概率分布以及原子到达腔模的动能分布等,并作为对比给出了相应的实验结果.基于模拟结果,实验上建立了腔内光学偶极阱来俘获单个原子,测量的单原子的腔内俘获寿命达到5 ms,比自由穿越时延长了约30倍.该研究对于原子-腔受限空间内,以自由下落方式转移原子以及原子与腔的耦合过程给出详细的分析,有助于对类似实验结果的分析和系统参数的优化.     

利用共振无源腔分析和抑制飞秒脉冲激光噪声的理论和实验研究

理论分析了共振无源腔对飞秒脉冲激光的强度和相位噪声的转化模型,分析表明,通过测量无源腔透射场或者反射场相对于输入场强度噪声的变化,可以间接得到输入场飞秒脉冲激光的相位噪声.在此基础上设计了精细度约为1500、自由光谱区为75 MHz的八镜环形共振无源腔,并测量了钛宝石锁模激光经过该共振无源腔后透射场和反射场强度噪声的变化.实验观察到,飞秒脉冲激光经过无源腔透射后,强度噪声特性得到较好改善,在探测频率2 MHz附近达到散粒噪声极限.同时,结合共振无源腔对激光强度和相位噪声的转化模型,间接给出了钛宝石锁模激光的相位噪声及无源腔对相位噪声的有效抑制作用.     

用于BFEL的多腔热阴极微波电子枪的设计研究

详细介绍了用于北京自由电子激光器(BFEL)的多腔热阴极微波电子枪的物理设计以及模拟计算结果,给出了出束及热测实验研究结果.该微波电子枪采用双周期轴耦合驻波加速结构,由四个加速腔组成,工作在π/2模,工作频率为2856MHz.该枪在设计中采用了缩短首腔以及增加腔间漂移段等设计思想,大大减小了电子反轰功率,并有效地调节了电子束团的纵向特性.     

线性色散理论描述内腔EIT介质的正交模式分裂

正交模分裂(或真空Rabi分裂)是原子与光学腔构成的复合系统实现强相互作用的一个典型现象.本文理论研究了三能级原子介质与腔构成的复合系统,利用线性色散理论将腔内三能级原子自感应透明(EIT)介质的吸收和色散引入光学腔透射公式,非常直观清晰得到腔透射谱的三个分裂峰,它是由腔内EIT介质的吸收和色散特性使一个共振腔模分裂为三个腔模.该方法可以推广到腔内含有任意色散和吸收的介质.     

基于原子-腔耦合系统下线宽压窄内腔四波混频信号的产生

本文实验研究了基于原子-腔耦合系统下的内腔四波混频效应。当一束驻波耦合场作用于该复合系统时,实验发现在原子共振频率中心,产生的反射波混频信号无法在腔内形成共振,而当耦合光频率偏离原子共振频率中心时,反射信号能在腔内共振,从而产生线宽压窄的共振输出;进一步实验研究了不同耦合光频率失谐下,腔模失谐对内腔四波混频效率的影响。理论上,基于内腔介质在驻波耦合场驱动下的吸收特性及耦合光泵浦引起的强吸收效应对实验现象进行了定性的分析。     

三共振参量振荡腔中高增益的获得

研究了光学参量振荡中的参量增益．对环形腔和驻波腔作了讨论．通过单块KTP晶体，利用Nd：YAP倍频稳频激光器产生的0.54μm的激光作为抽运源，并注入1.08μm的两个偏振光作为信号和闲置模，利用温度调谐和插入光楔的方法，在环形和驻波腔中实现了三波之间的强耦合作用．获得了高达110倍的参量增益，并测量了增益与抽运功率的关系．实验结果与理论分析基本一致 关键词：     

一种中红外腔增强甲醛检测系统的研制

介绍了研制的一种基于共轴锁模腔增强吸收光谱技术的中红外甲醛气体检测系统。系统采用了发射中心波长为3.6 μm的带间级联激光器为光源,以高精度F-P谐振腔作为气体反应池,通过激光在谐振腔内的多次反射极大地提高了有效吸收路径。为了实现甲醛检测,利用Pound-Drever-Hall（PDH）技术将激光频率和腔谐振频率锁定至波长为3 599.08 nm的甲醛吸收峰上。实验发现,谐振腔腔长容易受到外界环境的影响产生变化,导致系统失去锁定,产生测量误差;为了抑制这一现象,提高系统的准确性和抗干扰性,采用了动态PDH锁定技术,通过低频锯齿波信号对腔长进行小范围内的周期性调制,使得腔谐振频率在目标气体吸收峰附近缓慢来回变化;通过选择合适的扫描范围使得在扫描过程中激光与谐振腔保持频率锁定。系统通过光电探测器采集谐振腔透射光强信号,通过对腔透射信号进行拟合计算来确定甲醛浓度。为了验证检测系统的有效性、评估系统的性能,采用质量流量计配备了6种不同浓度的甲醛气体样品并开展了甲醛吸收光谱测量实验、系统标定实验和稳定性实验。实验结果显示,在0～10 mL·L-1范围内,腔透射信号拟合值与甲醛浓度之间呈现出良好的线性关系;通过Allan方差分析得到当积分时间为1 s时系统检测下限为52.8 nL·L-1,积分时间为14 s时检测下限可以降至3.3 nL·L-1。此外,通过增加谐振腔的腔镜反射率和腔长可以提高有效吸收路径,进一步降低检测下限。该系统灵敏度高、响应速度快,具有较好的抗干扰性和长期稳定性,在痕量甲醛检测方面具有广阔的应用前景。     

注入原子相干性对双模MAZER的影响

首先简单介绍超冷原子注入的微脉塞(MAZER)的基本理论和研究进展,然后具体介绍我们目前关于超冷V型三能级原子注入的双模微脉塞(双模MAZER)的研究工作.我们研究了原子相干性对这种双模MAZER系统中原子的发射几率和原子通过腔的透射几率的影响.结果表明,原子的发射几率随腔长变化的曲线中存在共振峰和非共振平台;当两个模的耦合强度之比一定时,不同注入原子相干性对应的发射几率共振峰呈现出相当大的区别.在原子透射几率随原子动量的变化曲线中也存在共振峰和非共振平台.腔长对原子的速度具有选择性,当腔长给定时,通过适当选择原子的相干参量,可调节原子通过腔的透射几率,从而可对原子的速度进行选择.     

两腔级联纠缠增强的理论分析

高纠缠度的纠缠源是实现高保真度量子信息传输与处理的保障,因为受到光学元器件自身性能不完美的限制,通过有效的操控手段来提高光场的纠缠度是十分必要的.连续变量Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场可以利用工作在阈值以下的非简并光学参量放大器来获得.将两个非简并光学参量放大器级联,可以利用第二个光学腔来操控第一个光学腔输出的纠缠态光场,在一定条件下实现光场的纠缠增强.本文通过理论分析设计出两种光学腔级联的实验系统,其中,纠缠产生装置采用具有三共振结构的半整块驻波腔,输出到目前为止世界上单腔获得两组份纠缠态光场纠缠度的最高值,操控光学腔采用驻波腔或四镜环形腔的结构.详细对比分析了不同结构的操控腔对纠缠增强效果的影响,得出利用不同腔形作为操控腔的最佳实验方案.同时分析了级联腔输出光场的纠缠度随不同物理参量的变化关系,得出进一步优化的最佳实验系统参量,为实验获得更高纠缠度的纠缠态光场提供了依据.     

光学微盘腔与三能级量子点系统中的模耦合研究

用一种全量子理论方法研究了波导、光学微盘腔与三能级量子点耦合系统的动力学过程,求出其耦合后的透射模和反射模的解析解. 由于微腔表面粗糙引起反向散射,在微腔内形成两简并回音壁耦合共振模,其耦合率为β;量子点的两激发态分别以耦合率g₁,g₂与回音壁耦合共振模产生耦合. 在实数空间里,得出透射光谱和反射光谱的数值解,这些三能级模型结果比二能级模型结果更接近真实光学微盘腔系统,能更好地显示耦合系统的动力学特性. 关键词： 模耦合 光学微盘腔 三能级量子点 全量子理论     

等效零折射率材料微腔中均匀化腔场作用下的简正模劈裂现象

研究了零折射率材料微腔中人造原子与腔模的相干耦合现象.首先通过数值模拟的方法研究了在二维光子晶体微腔中填充阻抗匹配的零折射率材料后腔模的场分布.结果表明零折射率材料的引入使得原本以驻波场形式存在的腔模分布在整个微腔中变得近似均匀且值最大.其次,将人造原子放入腔中的不同位置并与腔模耦合,结果从频谱上观察到腔模的劈裂与人造原子在腔中的位置无关.最后,利用微波实验,通过开口谐振环等效的人造原子与一维复合左右手传输线等效的零折射率材料微腔之间的耦合验证了仿真结果的准确性.该结果为腔量子电动力学中量子点对位难的问题提供了新的方案,同时零折射率材料微腔也为今后研究原子与光子之间的相互作用提供了一个新的平台.     

消逝场耦合圆柱形微腔中回音壁模式结构的实验研究

采用石英圆柱形微腔与锥形光纤通过消逝场耦合的方式,在实验上观察到了不同半径的柱形微腔中清晰的回音壁模式,耦合效率接近10%. 利用柱形微腔回音壁模式位置和间隔的解析近似公式,对实验所得的透射光谱做了模式的精确标定,共振波长的实验值和标定值间的误差小于0.05nm. 引入回音壁模式的“模场半径”概念,由“模场半径”计算出的模式间隔和实验测量值之间符合很好. 利用透射光谱中的共振波长和理论标定波长间的差值,得到了实验光谱范围内(1295—1320nm)石英光纤的色散曲线,折射率精度达10^-5. 关键词： 圆柱形微腔 回音壁模式 模式标定 模场半径