距离无关的高精度混沌激光测距

研究了利用类噪声混沌激光的相关特性实现目标距离的测定方法.数值分析了混沌激光自相关曲线的半峰全宽和旁瓣水平与表征其混沌状态的最大李雅普诺夫指数及关联维数的关系.同时,模拟研究了波形误差对混沌激光测距的影响,并分析了不同混沌态的波形误差的临界值.结果表明,具有窄半峰全宽和低旁瓣水平的自相关曲线的高维混沌激光序列是理想的测距激光,其测量分辨率可达1.5 cm以下,且波形误差容忍度大,测量范围大.在测量范围内,精度与距离无关.     

双光反馈半导体激光混沌系统中外腔延时反馈特征的抑制

在一个双光反馈半导体激光混沌系统中,固定其中一个反馈腔镜(固定腔M₁)的反馈延迟时间以及反馈强度,实验研究了另一个反馈腔镜(可变腔M₂)的反馈延迟时间以及反馈强度对系统混沌输出的延时反馈特征的影响.研究结果表明:在可变腔M₂与固定腔M₁的反馈强度相等的条件下,改变M₂的腔长,当其腔长约等于(但不能严格等于)M₁的腔长或者腔长的一半时,系统将呈现较好地抑制延时反馈特征效果;当M 关键词： 半导体激光器 双光反馈 混沌输出 延时特征     

外腔光反馈的半导体激光器基本模型的运行模式

根据Lang-kobayashi带光反馈的半导体激光器模型,从理论上推导出其稳定条件.数学模拟表明,对于动态单模半导体激光器,少量的外光反馈也会改变激光器的输出模式,随着反馈量的增加,激光器的振荡模式亦增加,并始终为(2n+1)个模式.     

双路混沌光注入的相位调制光反馈半导体激光器的混沌特性

混沌光的延时特征（TDS）和带宽（BW）是影响混沌激光应用的两个重要参量,常用来表征混沌光的混沌特性。将具有外腔光反馈的半导体激光器（SL）作为主激光器,将具有相位调制光反馈的SL作为从激光器,并将主激光器输出的混沌光单向双路注入到从激光器中,构成具有外光单向双路注入的相位调制光反馈的SL系统。数值研究了外光注入系数和反馈系数等参数对系统输出混沌光TDS的影响,进而在TDS被有效抑制的参数条件下,对系统输出混沌光的带宽进行了研究。结果表明,用该方案和通过对参数值区间的适当选取可以有效地抑制混沌激光的TDS,并且混沌激光的3 dB带宽最大约为20 GHz。     

强反馈光纤光栅外腔半导体激光器

在理论上对强外腔反馈情形的半导体激光器线宽压窄效应进行了分析，对消反膜剩余反射率，外腔反射率，外腔腔长对线宽压缩的影响进行了研究，在实验上采用光纤光栅作为反馈元件，与一端镀有消反膜的１．５μｍ波段的常规多纵模交导体激光器耦合，构成强反馈光纤光栅外腔半导体激光器，得到单频窄线宽的激光输出，静态下边模抑制比大于３０ｄＢ，线宽小于１２０ｋＨｚ。     

直接调制光反馈半导体激光器产生超宽带信号

利用直接电流调制光反馈半导体激光器产生了符合美国联邦通信委员会关于室内无线通信频谱限定的超宽带(UWB)微波信号.基于光反馈半导体激光器速率方程组, 数值分析了偏置电流、反馈强度对混沌UWB脉冲信号的影响.研究表明, 混沌UWB脉冲频谱的-10 dB带宽分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增加; 中心频率分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增大.实验中, 产生了中心频率为6.6 GHz, -10 dB带宽为9.6 GHz的混沌UWB信号. 进一步, 通过调节偏置电流和反馈强度, 可实现混沌UWB信号的中心频率和-10 dB带宽的可调谐输出, 实验结果和数值分析相符合.此外, 实验产生的混沌UWB信号经过34.08 km的光纤传输后, 其频谱形状几乎没有发生变化, 表明该方法所产生的混沌UWB信号对光纤色散有较大的容忍度. 关键词： 超宽带 混沌激光 光反馈 直接调制     

基于低功率分布反馈激光器和数字锁相技术的高灵敏光声气体传感器

光声信号强度与光功率成正比,然而,高功率激光光源存在功耗高、驱动控制电路复杂、低成本高质量的光源可选择范围窄等缺点,此类光源多集中在>6 μm波段,难以实现对基频吸收带位于2～6 μm波段的分子进行有效探测。而且,基于商用驱动控制仪器的光声气体传感器体积较大,不能满足多点连续移动监测工作的需要。利用输出功率为5.2 mW的分布反馈、带间级联激光器(ICL)和基于石英音叉的光声光谱探测方法,在3～4 μm波段实现了nmol·mol-1水平气体分子浓度测量。使用的ICL靶向乙烷(C₂H₆)基频吸收带的强吸收线2 996.88 cm-1。通过使用自主研制的数字锁相放大器及数字激光驱动控制方法,结合波长调制光谱技术,实现了高灵敏检测,同时,有效减小了系统体积并简化了数据获取和处理过程。首先,结合系统原理结构,顺次介绍了设计方案以及光、电等模块的设计细节。分析了目标气体及其临近干扰气体吸收谱线的模拟情况,以及不同气压对谱线展宽及重叠干扰的影响,最终确定系统工作气压为200 Torr。然后,通过对100～1 000 nmol·mol-1共6种浓度C₂H₆进行单周期光谱扫描测试分析,推断系统最低检测下限(MDL)<100 nmol·mol-1。对上述各浓度样品分别进行~10 min二次谐波(2f)信号峰值提取测试,系统线性性能良好,相关度为0.999 65,同时,明确了气体浓度与2f信号峰值的对应关系。最后,通过对氮气连续1小时测试得出系统噪声为~0.347 V,由此估算信噪比和系统灵敏度分别为~28.56和~40 nmol·mol-1。介绍的新型中红外C₂H₆传感器不仅实现了nmol·mol-1级测量,而且,使用自主研制的数字驱动和锁相放大器有效减小了系统体积,弥补了使用商用仪器占用体积大的不足,为将来实现小型化、移动式测量的目标奠定了一定基础。此外,对于功率消耗无限制的其他应用,可通过进一步完善和改进锁相和前置放大等模块的性能以及使用输出功率更高的光源进一步提高传感器灵敏度,并应用于更多场景。     

光注入下外光反馈半导体激光器输出自相关特性研究

基于半导体激光器(SL)受到外部扰动(光反馈和光注入)下的速率方程组,研究了反馈系数、延迟时间、注入强度和频率失谐对半导体激光器输出混沌信号自相关特性的影响.研究表明：上述四个参量对SL输出混沌信号的自相关函数曲线的半高全宽(FWHM)以及边峰抑制比都有影响;通过合理选择各参量,可以使SL输出的混沌信号具有尖锐的自相关函数曲线分布,其FWHM可降到0.02 ns,比已有相关报道提高了一个数量级. 关键词： 半导体激光器 光反馈 光注入 自相关函数     

基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量

光反馈自混合干涉技术是一种新浮现的有别于传统双光束干涉的一类新的测试技术。为了在适度光反馈下进行振动的精密测量,提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量方法。经对光反馈自混合干涉信号条纹分析,发现通过选定合适的光反馈水平及激光器线宽展宽因数,可以得到锯齿干涉条纹。这种干涉信号不仅包含振动幅度信息也包含振动方向信息。该振动测量方法利用锯齿干涉条纹的特点,首先通过条纹记数实现大范围振幅粗测,具有半波长位移分辨力;然后基于适度光反馈下小数条纹的特点,给出了小于半波长位移测量的线性表达式,从而实现位移的精测。仿真计算表明,该方法可以实现大量程高分辨力振动位移测量,在叠加20 dB的噪声下,振幅测量相对误差平均为0.5%。     

自混沌光相位调制光反馈半导体激光器输出光的混沌特性

混沌光的延时特征(time delay signature, TDS)和带宽是影响混沌激光应用的两个重要参量,常用来表征混沌光的混沌特性.将具有外腔光反馈的半导体激光器(semiconductor laser, SL)作为主激光器,以具有自混沌光相位调制光反馈的SL作为从激光器,并将主激光器输出的混沌光双路注入到从激光器中,构成具有外光双路注入的自混沌光相位调制光反馈的半导体激光器系统.数值研究了外光注入系数和反馈系数等参数对系统输出光TDS的影响,然后将此系统对TDS的抑制效果和具有外光双路注入的光反馈半导体激光器以及具有外光单路注入的自混沌光相位调制光反馈半导体激光器进行对比和分析,从而阐明了本文所提出的方案对TDS的抑制效果较好.在TDS被有效抑制的参数条件下,研究了混沌光的带宽,结果表明:本文提出的方案可以有效提高系统输出混沌光的带宽,获得混沌光的3 dB带宽的最大值约为16 GHz.     

基于激光二极管光反馈效应的肌肉震颤测量系统

介绍一种测量肌肉震颤频率和幅度的无损伤、非接触光学方法。分析了在直接频率调制下 ,激光二极管中的光反馈效应 ,探讨了振动微小位移和速度的理论模型。设计并研制了一套基于光反馈效应的直接频率调制激光二极管光电探测系统。利用该系统对微弱机械振动信号进行了探测 ,表明该系统能用于肌肉震颤的测量。最后介绍了人体前臂内侧屈肌群紧张收缩时 ,肌肉震颤的光学测量结果     

Suppression of Chaotic Generation Caused by the External Optical Feedback in a Laser Diode

It is shown by computer simulation and in experiments that chaotic generation caused by the external optical feedback in a laser diode can be suppressed by means of a delayed optoelectronic feedback controlled by the injection current. The suppression of chaotic generation is realized for an AlGaAs/GaAs laser of the quantum wall structure. In the presence of the external optical feedback provided by the mirror placed at a distance of 1~mm the noise of optical intensity is of the oder of 10 W, the single mode dominates in the spectrum, and its spectral width exceeds 600 MHz. The optoelectronic feedback controlled by the injection current reduces the noise by several times and narrows the generation line width down to 80 MHz.     

基于外腔反馈二极管线阵列的smile效应测量方法

采用外建激光谐振腔,在低于原芯片阈值的电流激励下对LDA的每个发光点进行单独测量,从而分析整个半导体激光阵列(LDA)的smile效应。实验中利用镀膜反射率大于半导体前腔面的外腔镜形成外腔半导体激光器。在外腔中插入曲面平行于p-n结的柱面镜,使只在光轴上的发光点与外腔镜形成外腔激光器,降低该发光点的激光阈值,从而使其在正常的阈值以下的电流激励下输出激光,在平行于p-n结的方向移动柱面镜,可以逐个对半导体激光器中的发光点进行选择测量,从而获得LDA smile效应的测量值。测量中的低电流激励产生的热量对芯片寿命没有影响,对LDA的发光点的单个测量也避免了其他发光点对CCD的影响。     

半导体激光微小振动实时干涉测量仪

设计了一种半导体激光干涉测量仪,可以实时测量物体的微小振动。通过信号处理电路对干涉信号进行分析,得到实际振动的振幅和频率。给出了具体的理论分析,实验结果验证了该干涉仪的实用性。     

Submicrometric Displacement and Vibration Measurement Using Optical Feedback in a Fiber Laser

A very simple and efficient technique for the remote sensing of a noncooperative target is presented. This technique is based on the frequency-shifted reinjection of light in a class B laser. Ytterbium- and erbium-doped fiber lasers have both been used to measure displacements with a submicrometric resolution and the vibration power spectrum of an object.     

Submicrometric Displacement and Vibration Measurement Using Optical Feedback in a Fiber Laser

A very simple and efficient technique for the remote sensing of a noncooperative target is presented. This technique is based on the frequency-shifted reinjection of light in a class B laser. Ytterbium- and erbium-doped fiber lasers have both been used to measure displacements with a submicrometric resolution and the vibration power spectrum of an object.     

基于激光反射的测量微小物体尺寸技术研究

本文就一种基于反射原理,测量微小距离的技术进行了研究.该技术通过记录反射光的数目来获得物体的尺度,操作简单,制作工艺成熟,易于实现.其精度可以与所用激光束的纤细度比拟,具有较大的现实意义.     

用于高分辨率光谱研究的窄线宽半导体激光器及其特性研究

报道了一种新型结构的弱反馈外腔半导体激光器，利用此结构将煌激光线宽压窄至５００ｋＨｚ以下。这种激光器可用于高分辨率激光光谱，磁光阱囚禁和原子和原子喷泉量子频标等方面。另外还从理论上研究了其线宽，电调率等物理参量间的关系，得出了有用的关系式，并通过实验对此作了验证。     

Improved Uncertainty of Optical Frequency Domain Reflectometry Based Length Measurement by Linearizing the Frequency Chirping of a Laser Diode

Length resolution of optical-frequency-domain-reflectometry (OFDR) is improved by reducing the chirping fluctuation of a laser diode. The fluctuation is detected as the frequency deviation of a beat signal from a reference interferometer, which is used as the control signal for servo-control of the laser diode (LD) drive current. As a result of the effective chirping stabilization, chirping span limited-resolution is achieved. In addition, use of a block gauge as the path difference of the reference interferometer enables the OFDR system to improve accuracy of the length as well as the resolution.     

光热正弦相位调制干涉仪中相位的抗干扰测量

在正弦相位调制半导体激光干涉仪中,半导体激光波长随注入电流和温度漂移而产生相位测量误差,同时干涉仪的机械振动和干涉仪两臂中的空气扰动也会引入相位误差,在已有光热正弦相位调制干涉仪中引入反馈机制,有效地降低了上述误差,增强了干涉仪的抗干扰能力,使用此干涉仪测量了物体的位移,测量结果表明这种方法可以有效地提高相位的测量精度。