Modulation transfer characteristics of injection-locked diode lasers

In this paper, we investigate modulation transfer in an injection-locked diode laser when the master laser frequency or intensity is modulated. The modulation transfer properties of injection-locked diode lasers are shown to depend on frequency detuning between the master and slave lasers. This observation is of practical importance, since the laser frequencies are typically prone to ambient conditions. Also conversion of the master laser frequency modulation to slave laser intensity modulation is shown to be of importance if large frequency modulation amplitudes and small intensity modulation amplitudes of the master laser are used. On the other hand, the injection-locking technique is proved to be an effective way to suppress spurious intensity modulation in certain operational conditions.     

各向异性外腔微片Nd:YAG激光器调频回馈研究

研究了在各向异性外腔下微片Nd:YAG激光器调频回馈特性.作为对比,首先给出了在各向同性外腔下调频回馈结果,激光器输出功率的半波条纹数正比于外、内腔长度之比.在回馈外腔中内置一个四分之一波片,激光偏振态发生规律性跳变,每个纵模带宽内的偏振跳变次数正比于外、内腔长之比,相同外腔长下,回馈条纹再次倍频.进行了基于法布里-珀罗腔等效模型的理论分析,结果和实验相符合.此现象在精密测量领域有潜在应用. 关键词： 光回馈 调频回馈 各向异性外腔 半波条纹数     

激光回馈引起的微片Nd:YAG激光器频差调制

微片激光器由于自身的内应力会输出频率分裂的正交偏振的两个模式.研究了回馈对微片激光器频差的影响.研究发现:在回馈的作用下微片激光器的频差大小呈现出以初始频差为中心的类正弦的频差调制,周期为λ/2;频差调制曲线的幅度与回馈水平成正比,但是当回馈水平过强时会出现偏振态跳变,从而使频差消失;在一定的回馈外腔范围内,频差调制曲线的幅度与初始频差亦成正比.并利用复合腔模型和激光器的自洽理论进行了理论分析和模拟,所得结果与实验结果相符.此调制现象在精密测量领域有潜在应用.     

色散对高能激光光纤前端FM-AM效应的影响

<正>弦相位调制脉冲可以满足高能激光驱动器对宽带和束匀滑的要求,在光纤系统中传输后,由于光纤中群速度色散的作用,将会产生强度调制,从而加剧光纤功率放大器中的非线性效应和光谱整形的难度.通过对2GHz,14·25GHz正弦相位调制脉冲经过不同光纤长度传输实验为例,结合光纤系统中色散对FM-AM效应影响的理论分析,发现2GHz相位调制脉冲的实验结果与模拟结果符合较好.     

Intensity modulation characters of orthogonally polarized HeNe lasers with different optical feedback level

This paper demonstrates the intensity modulation characters of orthogonally polarized HeNe lasers with different optical feedback level generated by the variable reflectivity of external reflector. The modulation depths of the orthogonally polarized frequencies are increased when the optical feedback level becomes strong. It also observes that the modulation amplitudes are different for different external cavity length. Based on the vectorial extension of Lamb＇s semi-classical theory, it finds that the calculations are consistent with the experimental results.     

基于波长调制技术的激光器调制特性研究

在流场诊断技术中,可调谐半导体吸收光谱技术（TDLAS）成为主要的诊断技术之一,其可实现非接触、原位检测。波长调制（WMS）和直接吸收(DA)是两种最常用的TDLAS气体传感方法,在目标含量很低或者极端流场环境下,波长调制技术呈现出更多的优势,检测灵敏度与直接吸收相比可以提高1～2个数量级。在近红外波长调制技术应用领域,分布反馈式（DFB）半导体激光器成为流场诊断技术的光源选择之一,无论利用谐波信号（或者归一化谐波信号）的线型拟合,还是选择谐波信号的峰值来反演流场参数,吸收模型的准确建立均十分重要。在模型建立时,激光器频率-时间响应以及光强-时间响应的准确表示尤为重要。为解决吸收模型准确建立问题,提出了一种准确测量激光器调制参数的完整方法,通过实验测量了用于探测水汽吸收的1 392和1 469 nm激光器的调制特性,研究了分布反馈式激光器的调制参数随调制幅度,调制频率以及工作温度的变化。根据该方法得到的调制参数,建立吸收模型,测得常温下空气中水汽浓度为1.97%,直接吸收方法测得浓度为1.99%,验证了该测量方法的准确性。研究表明,调制深度随调制幅度的增加线性增加,随调制频率的增加非线性单调减小,随工作温度的升高线性增加;激光器的出光强度和频率同时被调制,强度变化超前频率变化的相位,随调制幅度的变化不明显,随调制频率的增加单调增加,随工作温度的升高单调减小;归一化一次谐波振幅和二次振幅均随调制幅度的增加而增加,随调制频率的增加而减小,随工作温度的变化不明显。在吸收光谱应用领域,波长调制技术发挥的作用愈加重要,调制系数与谐波信号的峰值息息相关,在波长调制技术应用时,选取适当的调制参数,有利于得到合适的谐波信号,可通过改变调制幅度、调制频率、工作温度得到最优调制系数。研究了近红外分布反馈式半导体激光器的调制特性,该方法同样适用于不同封装和不同波段激光器调制特性的研究,利于推广吸收光谱技术在各领域的应用。     

不同宽带脉冲在钕玻璃放大器中的幅频效应

宽带脉冲在钕玻璃放大器中传输时,由于受到增益窄化和增益饱和效应的影响,脉冲频谱将受到调制,从而产生边带丢失或者频谱两侧失衡,进而导致脉冲时间波形产生调制。针对不同的宽带光源模型,数值模拟了放大器输出波形的幅度调制,分析了增益带宽、输入脉冲带宽及增益曲线中心波长相对输入脉冲中心波长的偏差等因素对输出脉冲调制度的影响。结果表明:不同的宽带光源脉冲经过钕玻璃放大器后,均会产生不同程度的幅度调制;啁啾堆积脉冲比正弦相位调制脉冲产生的幅度调制小。     

新型偏振风成像干涉仪中偏振化方向对调制度和干涉强度的影响研究

简要论述了新型偏振风成像干涉仪的原理;分析了偏振风成像干涉仪的各光学部件的偏振化方向对调制度和干涉强度的影响;给出了起偏器的偏振化方向、干涉仪两臂λ/4波片及出射位置处λ/4波片的光轴取向偏离理想方向时干涉仪调制度和干涉强度的理论表达式;采用计算机模拟分别给出了调制度随各偏角变化的曲面图及风速、温度反演误差随各偏角变化的曲线图;给出了温度精度为5K、风速精度为20m/s时偏振化方向的误差容限.该研究对新型偏振风成像干涉仪的研究、研制提供了一定的理论依据和实践指导,对高层大气光学被动探测以及空间探测、对地观测都具有科学意义和应用前景.     

信号调制下色噪声间关联的周期调制对单模激光随机共振的影响

在色噪声间的关联程度受时间周期调制的激光系统中,研究噪声受信号调制情况下的随机共振.用线性化近似的方法计算了光强关联函数及信噪比.具体讨论信噪比随噪声强度、噪声自关联时间、信号频率以及时间周期调制频率的变化关系.发现一种新的随机共振：信噪比随时间周期调制频率的变化出现周期振荡型随机共振;发现广义随机共振：信噪比随抽运噪声自关联时间的变化、随信号频率的变化出现随机共振;同时也存在典型的信噪比随噪声强度的变化而出现的随机共振.而信噪比随量子噪声自关联时间的变化表现为抑制. 关键词： 信号调制 时间周期调制 噪声间关联程度 周期振荡型随机共振     

电离层调制加热产生极低频/甚低频波定向辐射的理论分析

通过低电离层调制加热能够产生极低频/甚低频(ELF/VLF)波. 基于调制加热理论, 并引入相控阵天线思想, 建立了通过双波束幅度调制模式(DAM)和圆形几何调制模式(CGM)产生ELF/VLF波的定向辐射模型, 并通过与实验数据的对比验证了模型的正确性. 据此模型, 采用HARRP加热阵参数, 对比分析了上述两种定向辐射模式与常规幅度调制模式(AM)之间的特性差异, 并研究了调制频率(f_ELF/VLF)和加热波束与垂直方向倾角(ψ)对各模式的影响. 结果表明: 相对AM模式, 通过合理设置初始相位、f_ELF/VLF和ψ, DAM 模式和CGM模式在实现ELF/VLF信号定向辐射的同时还可以提高其辐射强度, 相对AM模式, CGM模式信号强度最大提高约11.3 dB. 关键词： 定向辐射 双波束幅度调制 圆形几何调制     

Intensity modulation in single-mode microchip Nd：YAG lasers with asymmetric external cavity

Intensity modulation induced by the asymmetric external cavity in single-mode microchip Nd:YAG lasers is presented. Two kinds of experimental results are discussed based on multiple feedback effects. In one case, the intensity modulation curve is a normal sine wave, whose fringe frequency is four times higher than that of a conventional optical feedback system, caused by multiple feedback effects. In the other case, the intensity modulation curve is the overlapping of the above quadruple-frequency signal and conventional optical feedback signal, which is determined by the additional phase difference induced by the asymmetric external cavity. The theoretical analyses are in good agreement with the experimental results. The quadruple-frequency modulation of the laser output intensity can greatly increase the resolution of displacement measurement of an optical feedback system.     

基于插入损耗的光纤信号调制器

基于光纤连接的横向偏移造成的插入损耗研制了一种的新型的光纤信号光调制器。调节对接光纤的横向偏移,可以调节对接光纤间的光耦合效率,利用调制信号调制横向偏移可实现对光纤传输光信号的调制。实验中,将调制电信号放大并加载于压电陶瓷使其振荡,由此控制对接光纤的横向偏移与调制信号同步变化,实现了对下一级光纤输出端光强的调制。这种光纤信号调制器主要针对光的振幅调制,实验中获得调制度优于95%,信噪比约为20dB,带宽约为200kHz。具有价格低廉、调制度高的特点,可应用于光纤传输信号的调制及信号斩波等。     

Large-signal analysis of analog intensity modulation of semiconductor lasers

Large-signal analog intensity modulation of semiconductor lasers (SLs) is characterized based on numerical integration of the rate equations. The modulation dynamics are classified into seven types with regular and irregular signals. The classification is made in terms of the time trajectory of the laser intensity, phase portrait, and fast Fourier transform (FFT) spectrum. The operating region of each type is defined in a diagram of the modulation index versus modulation frequency. The accuracy of applying the approximate small-signal analysis to study analog modulation is assessed. The validity of identifying the dynamic types by the large-signal modulation response is examined. The laser emits continuous and regular signals under weak modulation. When the modulation index exceeds one half, the laser emits picosecond-pulses. Under strong modulation with frequencies around the relaxation frequency, both continuous and pulsed signals exhibit period-doubling.     

谐振型光纤陀螺克尔效应误差消除方法研究

对采用方波频率调制数字闭环谐振型光纤陀螺中克尔效应的影响进行了深入的理论分析,〖CM)〗〖JP〗 分析表明，由克尔效应引起的陀螺误差不仅与光纤环内两相反方向光束的光强差有关，而且还依赖于两路光波频率调制的调制幅度,通过适当调节两光束的频率调制幅度，可有效地实现克尔效应误差的消除,这种基于方波频率调制的克尔效应误差消除方法利用了方波调制的特点，通过调节调制幅度实现误差消除，无需额外光学元件，对强度调制器调制频率要求低，是数字谐振型光纤陀螺系统中消除克尔效应误差的有效方法,     

机械抖动棱镜式激光陀螺出射光强度特性

针对棱镜式激光陀螺在抖动状态下出射光强度被调制的现象, 系统地研究了机械抖动对棱镜式激光陀螺中光传输轨迹和光电探测器的影响机理. 在对现有棱镜式激光陀螺性能进行分析的基础上, 应用数值模拟和有限元分析方法, 将对称型全反射棱镜纳入四棱镜陀螺的结构设计方案, 并给出了由机械抖动引起的应力双折射和光电探测器位置偏移与出射光强度的一般关系. 结果表明, 机械抖动会使棱镜产生应力双折射, 使激光光路发生改变, 同时造成光电探测器与出射光束产生相对位移, 导致出射光强度幅值产生调制. 使用全对称型的陀螺结构, 选取具有合适折射率的对称型棱镜, 减小探测器与出射光斑中心的相对位移, 可以将出射光强度调制幅值相比原先减小52.63%以上, 显著地改善出射光强度被调制的现象. 此分析结果为提高激光陀螺的可靠性提供了重要参考.     

Modulation Induced Low-Frequency Fluctuations in Semiconductor Lasers with Optical Feedback and Their Suppression by Synchronous Modulation

Modulation induced low-frequency fluctuations (LFFs) of a semiconductor laser in the presence of optical feedback are investigated. LFFs are controlled to a synchronous oscillation when an appropriate modulation very close to the resonance frequency of the external cavity is applied to the injection current. The dependence of the frequency locking on the modulation frequency and depth is studied.     

激光频率调制线型分析

在激光频率调制的理论分析中,一般采用正弦波调制、正弦波解调,而没有讨论调制和解调的其它情况。本文主要分析了Guass线型吸收的情况下,锯齿波调制、方波解调的一次、二次谐波相检结果和三角波调制、方波解调的一次、二次谐波相检结果,以及调制深度对信号谱形和信号强度的影响。我们发现,在锯齿波调制、方波解调情况下,一次、二次谐波谱形和正弦波调制情况区别很大;但在三角波调制、方波解调情况下,可以获得和正弦波调制、正弦波解市场相似的结论。另外,不同的调制深度对输出的调制谱形也有重要的影响。我们还用甲烷的可调谐 红外光调制吸收光谱实验验证了理论分析结果。最终得到结论：频率调制谱的信号谱形及信号强度与调制波形、解调波形和调制深度均有关系。     

微腔半导体激光器的两种新调制方法

本文提出微腔半导体激光器的两种新调制方法:自发发射寿命调制和光子寿命调制。小信号近似分析的数值模拟结果表明,这两种调制方法的调制带宽大于同参数下的电流调制的带宽。     

光纤通信系统中色散与自相位调制作用下的频域传递函数

由基本物理过程出发,导出了数字或模拟强度调制光通信系统中,包含光纤损耗,色散和自相位调制综合作用下的光功率频域传递函数,由此得到了任意功率波形在传输过程中的演化表达式及各项的物理意义,结果表明,自相位调制导致的功率变化在低频部分与调制频率的平方成正比,在高频部分则与调制频率的平方的正弦成正比。解析公式与数值模拟结果在小调制信号下相符得很好,特别适用于计算非线性效应对系统噪声的影响以及诸如双边带和单边带微波调制光通信系统等情况;在诸如非归零码的大调制信号下,本文公式仍能正确地表示传输后的波形,对系统设计和分析有指导意义。