自成像共焦腔相干合成空间滤波器设计

理论分析了利用自成像共焦腔实现激光列阵相干合成的物理模型,对自成像共焦腔的一维相干合成和二维相干合成进行了模拟仿真计算,得到腔内场的强度分布图样.在此基础上,研究了空间滤波器在相干合成中实现模式选择的机理,并讨论滤波器的设计对相干合成及模式选择的影响,分别对一维相干合成和二维相干合成的情况,仿真计算了输出功率与滤波器位置和宽度的关系,为实验提供了理论依据.     

基于复合干涉的光纤低相干干涉传感系统研究

研究一种能够进行远程及绝对测量的光纤低相干干涉传感系统。该系统包含两个光纤干涉仪,其中一个光纤干涉仪置于被测场中感应被测量的变化,可实现远程测量;另一个光纤干涉仪解调被测量的值。运用波分复用技术,使用于解调的光纤干涉仪同时工作于低相干干涉和高相干干涉状态。用低相干干涉信号决定被测量的幅值,对被测量实现绝对测量,并使测量量程不受波长限制;同时,用高相干干涉信号对被测量进行高精度的测量。系统的测量量程为6mm,测量分辨率小于1nm,位移实验结果的线性相关系数R为0.99。     

基于迈克尔逊型耦合腔光纤激光器相干合成的理论与实验研究

为使光纤激光器在自由空间中进行有效的相干合成,提出了耦合臂上带有会聚透镜的迈克尔逊型耦合腔,并将外腔配置为f－f结构以增强内部反馈.利用高斯光束的ABCD定律分析了外腔的传输特性,详细研究了外腔偏离f－f结构对相互注入耦合效率的影响,指出输出光纤端面与透镜前焦平面的偏差是影响反馈耦合效率的关键因素.基于此特别设计的迈克尔逊型耦合腔,实验上实现了两路光纤激光的有效相干合成.当透镜被移走时,阵列输出功率下降为原始值的78.5％,且相干态变得不稳定.     

基于公共环形腔耦合的光纤激光器相干合成技术

为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性,提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔,利用耦合器余下的端口,两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术,提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出,实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。     

基于公共环形腔耦合的光纤激光器相干合成技术

 为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性,提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔,利用耦合器余下的端口,两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术,提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出,实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。     

用于全场光学相干层析成像的无色散相移器研究

提出了基于旋转λ/2波片无色散相移器的理论模型,和实施该相移器功能的全场光学相干层析成像(Optical coherence tomography,OCT)系统,为实现快速、高分辨光学相干层析成像提供了一种有效方法。该相移器能在宽光谱范围内无色散地获得八倍于λ/2波片旋转角的相移量,避免了利用单色光相移算法提取信号时存在的系统误差。针对修正Carré算法和三步相移算法所要求的不同相移量,在240 nm波长范围内,对相移器的性能进行了数值分析。结果表明,在给定光谱范围内,相移量越大,相移误差的绝对值也越大,幅值比变化范围也越大。用于实施无色散相移器功能的全场光学相干层析成像系统结构,与现有结构相比,具有一些有益的特点。     

三路掺镱光纤放大器的相干合成实验研究

光纤激光相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径。采用主振荡并联放大器（MOPA）方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正,其中每路光纤放大器的输出功率大于等于1 W,三路总功率大于等于3 W。采用铌酸锂光纤相位调制器,外差法系统的移频量为40 MHz,相位探测与校正精度优于l/20,整个光路为全保偏光路。实验分别给出了两路和三路光纤放大器的相干合成结果。系统开环时,远场光斑为动态、模糊干涉条纹,条纹可见度为7%和6%;系统闭环运行时,远场光斑为稳定、高对比度干涉条纹,条纹可见度有大幅度提高,达到44%和48%。这表明闭环控制使两路和三路光纤激光的相位变化得到了有效补偿,系统实现了相位锁定运行和高相干度合成输出。     

耗散腔场中两个∧型原子的纠缠特性

利用超算符方法求解幅值损耗腔中两个∧型三能级原子与相干光场相互作用系统的主方程,并利用量子条件熵研究了两个初始为|Ψa(0)＞和|Φa(0)＞纠缠态的原子与光场作用过程中原子的纠缠演化特性.讨论了不同初始原子纠缠度,不同耗散系数以及不同平均光子数对两原子纠缠度的影响.结果表明:①当原子初始处于|Ψa(0)＞类纠缠态时,其纠缠度随光场强度以及腔场衰减系数演化.当腔不存在耗散时,纠缠度呈周期性振荡;当腔存在耗散时,纠缠度呈衰减振荡并趋于稳定值;且光强越弱,其稳定值越大;衰减系数越大纠缠达到稳定值所需时间越短.②原子初始处于|Φa(0)＞类纠缠态时,其纠缠度只与原子初始纠缠度有关,不随其他因素变化.     

V-型三能级原子与双模腔场共振相互作用时原子纠缠特性的研究

提出了一种利用V-型三能级原子与双模腔场的共振相互作用制备多原子及多腔场纠缠W态的新方案,并用共生纠缠度研究了该模型中的纠缠演化和热纠缠现象     

高Q Kerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中光场的不等阶Y压缩效应

本文利用多模压缩态理论,研究了高QKerr介质腔中非关联双模相干态光场与V型三能级原子相互作用系统中双模光场的不等阶Y压缩效应,绘出了第一模“i(i＝1,2)”次方第二模“j(j＝2,3)”次方Y(i-j-Y)压缩度的第一正交分量(Sy_ij¹),第二正交分量(Sy_ij²)的时间演化曲线.结果表明:1)不等阶Y压缩特性强烈地依赖于Kerr介质的三阶非线性极化系数(x)和双模光场中各模的平均光子数n₁,n₂;当x<1,n₁=n₂<1时,不存在不等阶Y压缩效应;而当x＝2.5,5,10以及n₁=n₂=5,10时,光场和系统开始作用后的很短一段时间内呈现不等阶Y压缩效应.2)在x以及n₁,n₂不变的条件下,不等阶Y压缩度时间演化曲线的崩坍-复原时间随压缩阶次的升高而缩短,压缩度随压缩阶数,特别是两模幂次差的升高而迅速下降.3)在平均光子不变(即n₁=n₂恒定),但Kerr介质不同(即x变化)的条件下,不等阶Y压缩度曲线崩坍时间随Kerr介质的三阶非线性极化系数x的增加而缩短,幅度则不受Kerr介质的三阶非线性极化系数变化的影响.4)不等阶Y压缩效应的持续时间等强烈地依赖于Kerr介质的非线性程度,x越大不等阶Y压缩效应持续时间就越短.不等阶Y压缩度演化曲线正向幅度随平均光子数的增大而增大,负向幅度(压缩度)则随平均光子数的增加而减小.     

全光纤激光相干合成光谱响应特性研究

基于N-腔镜谐振腔理论对全光纤激光相干合成进行了理论分析，数值模拟了迈克尔逊型相干合成激光器的光谱特性，对两个光纤Bragg光栅的中心波长差和两路光的光程差对合成光谱特性的影响给出了理论解释.用啁啾光纤光栅取代其中一个光纤Bragg光栅，使激光相干合成的带宽由0.3 nm拓展到1.0 nm.     

Coherent and incoherent combining of fiber array with hexagonal ring distribution

Beam combining of fiber array with hexagonal ring distribution is studied in detail. The theoretical analysis and numerical calculation results are given to illustrate the propagation properties of the resulting beam through free space. A comparison between the coherent and the incoherent case shows that high peak irradiance and good beam quality for coherent combining can be obtained in the far field. The effect of phase errors and the beam quality M² factor are also studied. Results indicate that the element numbers should be increased to achieve high power and the space between adjacent elements should be reduced to maintain good beam quality, which is basically the same for both coherent and incoherent beam combining.     

DLA光源质量对光栅-外腔谱合成系统光束质量的影响

在二极管激光阵列(DLA)光栅-外腔谱合成系统中,由于DLA存在子单元光束发散角、“smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素的综合作用,将导致合成光束的光束质量降低。综合考虑DLA子单元光束发散角、“smile”效应等因素对谱合成系统中光束传输特性的影响,建立了DLA光栅-外腔谱合成系统的光传输模型,进而对谱合成系统中DLA子单元光束发散角、“smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素对合成光束的光束质量影响进行了定量分析。结果表明,DLA光源质量会明显影响合成光束的光束质量：DLA子单元光束发散角和“smile”效应引入的指向性偏差越大,合成光束的光束质量就越差;“smile”效应引入的位置偏差在合束方向上对合成光束的光束质量没有影响,而在非合束方向上引入的位置偏差将会明显降低合成光束的光束质量。在实际工作应用中,需要采取措施提高DLA光源质量,以减小对合成光束的光束质量影响。     

Coherent combining of two fiber lasers in a Michelson-type coupled cavity

Coherent combining of two fiber lasers using a Michelson-type coupled cavity has been demonstrated experimentally. To make the fiber lasers combined efficiently, two convergent lenses are introduced into the two arms of the coupled cavity, and an f-f arrangement is specially configured for the cavity to improve internal feedback. When the lenses are taken away, the output power decreases to nearly 78.5% of its original value, and the coherent state become less stable than before. Through tuning the FBG (fiber Bragg grating) of one fiber laser, the converting process from incoherent state to coherent state is investigated, and the spectrums, output power and the beam patterns all indicate that the brightness of coherent state increases to nearly twice of incoherent state’s, i.e. four times of component laser’s.     

高功率激光器MOPA相干合成系统分析

输出功率和光束质量一直以来都是高功率激光器的两大技术难点。本文采用并联主振荡-功率放大(MOPA)相干合成方法来提高输出光束的功率和光束质量。建立多级MOPA相干合成系统模型,通过计算分析,得到耦合效率、合成效率对合成功率密度及系统输出功率大小的影响;并对模型略加扩充,得到相位偏差对相干合成功率密度的影响,为高功率激光器的设计提供依据。     

Single-lobed Near Diffraction-limited Beam from 1W Laser Diode Array with an External Cavity

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒａｒｒａｙｓｈａｖｅｒｅａｃｈｅｄｈｉｇｈｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆｓｅｖｅｒａｌＷｉｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ[1] ,ｂｕｔｄｕｅｔｏｔｈｅｐｏｏｒｓｐａｔｉａｌｃｏｈｅｒｅｎｃｅａｎｄｂｅａｍ ｐｒｏｆｉｌｅ ,ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｒｅｌｉｍｉｔｅｄ .Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｓｐａｔｉａｌｃｏｈｅｒｅｎｃｅ,ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｍｏｄｅｓｍｕｓｔｂｅｒｅｄｕｃｅｄ ,ｗ…     

Single-lobed Near Diffraction-limited Beam from 1W Laser Diode Array with an External Cavity

Abstract　An external cavity for the laser diode array with a conventional mirror in what we call two-time self-injection operation is presented. The external cavity consists of two lenses, a flat external mirror(EM) in the image plane of the array and a prism that is used as an output coupler. The single-lobed near diffraction-limited far field beam of a 1 W 10-stripe gain-guided LD array lies at 6.4°～9° with the external cavity operation in two-time self-injection mode, whereas at 2.5°～3.0° for its normal feedback operation. The width of the far field beam (FWHM) is 0.43° and 0.63° at driving current of 2 and 3.2 ×Ithr, respectively, much narrower than that in normal feedback operation, but at the expense of lower output power. The output of the system is very stable and insensitive to the tilt and position of the EM.     

自适应光学激光导星系统中偏振分光膜的研制

为了满足自适应光学中激光导星系统的要求,根据薄膜理论,选择合适的薄膜材料,采用针式优化算法并建立与膜内电场强度相关的膜系评价函数,优化出满足要求且电场强度分布较低的膜系。通过电子束加热蒸发和离子源辅助沉积制备薄膜。制备的偏振分光膜满足偏振耦合分光系统的使用要求,通过了环境测试并具有较高的激光损伤阈值。     

极化自由度对分束器出射光场的量子相干性影响的研究

我们在讨论粒子数态光场在分束器上干涉后得到的输出态的量子相干性时,考虑了入射场的极化自由度.利用campos[1]等人提出的量子分束器的SU(2)理论模型,计算得到了输出光场所处状态的表达式.进而讨论了光场在两个不同的入射空间模上极化方向对两个输出空间模上光场二阶量子干涉度的影响.