光纤型偏振器消光比测试方法研究

介绍了单模光纤偏振器和保偏光纤偏振器 (包括研磨型保偏光纤偏振器和线圈型保偏光纤偏振器 )消光比的基本测试方法。单模光纤偏振器的基本测试方法有偏振控制器法和旋转波片法 ;研磨型保偏光纤偏振器的基本测试方法有起偏器 45°法和消偏法 ;线圈型保偏光纤偏振器的基本测试方法有偏振控制器法和消偏法。对每种方法的优点和缺点以及在测试过程中可能会出现的问题进行了详细分析 ,并通过实验进行了验证     

基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调谐微波/毫米波产生技术

首次提出了一种基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调谐微波/毫米波产生技术, 利用保偏光纤光栅选频产生两个偏振稳定的激光信号, 采用扰偏器确保激光输出的两个正交偏振态功率的一致性, 最后输入高速光电探测器产生微波/毫米波. 通过对保偏光纤光栅施加不同大小的侧向应力, 可以灵活调谐输出的毫米波频率. 实验制作了基于偏振稳定双波长保偏光纤光栅激光器的可调 谐微波/毫米波产生装置, 通过对保偏光纤光栅施加不同的轴向拉力分别产生了20.407 和22.050 GHz的微波信号. 仿真产生了60 GHz的毫米波信号, 并分析该毫米波在光纤无线通信下行链路的传输性能, 结果表明该毫米波作为副载波调制到光波上从中心站传输80 km至基站后经天线发射至用户端, 解调后仍然得到很好的眼图, 充分证明了本方案的优越传输性能.     

多模1064nm光纤激光器实现一维远失谐光晶格

采用1064 nm多模30 W连续光纤激光器, 搭建了一个周期为25 μm的一维远失谐光学晶格势场. 对铷原子进行磁光阱装载和偏振梯度冷却, 实现了铷冷原子团在光晶格中的装载. 借助于短程飞行时间法, 测量晶格中冷原子温度为20 μK, 为下一步实现量子信息存储实验奠定了基础.     

掺钕保偏光纤激光器的研究

对掺钕光纤激光器输出功率沿光纤的分布以及不同光纤长度下抽运功率和输出功率沿光纤的分布进行了数值模拟.以808nm半导体激光器为抽运源，掺钕双包层保偏光纤为增益介质，对保偏光纤激光器进行了探索性的实验研究.分别就光纤不同弯曲形状和弯曲半径对激光器输出功率指标和偏振特性的影响进行了研究，实验中发现在1060nm和1092nm处有两个峰值.在波长1060nm处得到了7.35W的连续偏振激光输出，斜率效率为58.3％. 关键词： 激光技术 光纤激光器 掺钕保偏光纤 偏振     

线圈型全光纤偏振器的研究

本文采用等效电流法对线圈型全光纤偏振器进行了分析计算.对应于保偏光纤中两正交传输基模的消光比,提出了一种分析保偏光纤弯曲损耗的新方法,这种方法基于将保偏光纤两个不同偏振模式分别等效为两个普通圆光纤的基模,等效参数通过测量不同偏振模式的模场半径来确定.实验证明这种理论计算方法与实验结果一致.最终,我们研制出的线圈型光纤偏振器在1.31μm工作波长下,实测消光比达30dB以上,工作偏振模式插入损耗≤3dB.     

高功率单频保偏光纤放大器输出特性研究

研制了输出功率达17.3 W的单频保偏掺镱光纤放大器,并对其输出激光特性进行了实验研究。该光纤放大系统以Nd:YVO_4单频固态激光器为种子源,以保偏光纤为增益介质,通过二级光纤放大,获得了波长为1064 nm的单频线偏振激光输出,输出激光功率达17.3 W。功率放大级光纤放大器的斜率效率为62.8%,光-光转换效率为57.6%,偏振消光比为24.3 dB。     

基于腔内偏振分束器偏振控制的线偏振掺镱双包层光纤激光器

研究了一种单双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器结构,腔内插入可以绕光轴方向旋转的立方体偏振分束器(PBS)进行偏振控制,实现单双波长的转换。激光谐振腔由高反射率的双色镜和较低反射率(10.2%)的保偏光纤布拉格光栅(PM-FBG)构成;由于保偏光纤光栅的偏振选择反馈作用增强了偏振烧孔效应,通过调节谐振腔内偏振分束器的旋转角度实现了激光的单双波长之间的切换。利用琼斯矩阵理论分析了偏振态与旋转角度的关系,其结果与实验结果吻合。实验中输出激光的双波长为1070.08nm和1070.39nm、功率为1W、激光信噪比为48dB、斜率效率为34%、3dB带宽为0.02nm。利用格兰汤姆孙棱镜对该激光的偏振特性进行了研究:单波长运转时为线偏振激光,偏振度达13.37dB;双波长运转时为正交偏振激光。     

与入射线偏振光振动方向无关的低偏振度消偏器

消偏器是光纤传感器、光放大器等偏振敏感性光学系统中的关键器件,用于减小输入光的偏振度(DOP).设计了一种与入射线偏振光振动方向无关的低偏振度消偏器,该器件中利用人为的偏振相关延迟代替了保偏光纤的双折射,并在偏振相关型消偏器前增加了一个1/4波片,从而对任意方向振动的线偏振光具有相同的消偏能力,结构紧凑.对消偏性能随波片阶数、入射光中心波长和振动方向的变化作了数值计算.实验中采用半峰全宽为0.13 nm的光源,入射线偏振光在任意方向振动时,输出光偏振度小于2.6%,消偏器的插入损耗为0.6 dB,损耗起伏小于0.11 dB.实验和数值计算结果表明,该消偏器具有低偏振度、低插入损耗和适合于宽光谱应用的优点.     

熔锥型保偏光纤耦合器分光比的偏振依赖研究

实验研究了熔锥型保偏光纤耦合器分光比随入射单色线偏振光偏振方向的旋转所呈现的周期性,验证了保偏光纤耦合器分光比的偏振依赖特性.借鉴已成熟的单模光纤耦合器的倏逝场耦合模理论,对这一偏振依赖分光比的周期性规律提出了一种理论解释.在实验结果的规律性基础上,经验拟合出了分光比与单色线偏振光输入偏振角的函数关系.     

一种精确测量原子喷泉冷原子团温度的方法

冷原子团的高斯半径和温度是用来描述冷原子团,反映冷原子特性的主要参数.本文提出了一种新型的测量冷原子团高斯半径和温度的方法,采用过饱和近共振激光束照射冷原子团,原子由于吸收了光子动量偏离原来的运动轨道,而不能被探测系统所探测.根据冷原子团的原子分布规律,理论上构建了物理模型,通过改变作用于冷原子团的推除光的尺寸来控制被推除的冷原子数目,计算得到了不同高斯半径的冷原子团剩余原子数目与推除光尺寸的关系.以国家授时中心铯原子喷泉为实验平台,利用横向偏置的刀口光阑在不同下落高度控制作用于冷原子团的推除光尺寸,测量出不同高度的剩余原子数目随推除光尺寸的变化情况.应用理论公式拟合实验数据,最终得到冷原子团在磁光阱中心正下方10 mm和160 mm处的高斯半径分别为(1.54±0.05) mm和(3.29±0.08) mm,进一步计算得到冷原子团温度为(7.50±0.49)μK.为了验证刀口法的准确性和可重复性,在同一实验条件下用刀口法和飞行时间法对冷原子团温度进行了测量与对比,最终得到两种方法的测量结果基本一致.     

冷原子穿越激光束的量子隧穿时间

原子通过激光冷却技术能够被制备在低温状态，这时冷原子云会展现出量子力学的波动性.研究了一束冷原子入射到一个蓝失谐的激光束上所表现出的量子力学隧穿效应.蓝失谐的激光束相对于冷原子而言等效于一个量子力学势垒.根据二能级模型，在理论上分析了具有内部结构的原子矢量物质波穿过激光束的量子力学反射与透射，特别是对原子穿越激光束所需的时间——量子隧穿时间进行了详细的研究.量子力学波动性使得冷原子穿越一个激光束时明显地展现出与经典粒子(热原子)不同的结果. 关键词： 冷原子 原子光学 量子隧穿     

Tuning the velocity and flux of a low-velocity intense source of cold atomic beam

We investigate experimentally and numerically the quantitative dependence of characteristics of a low-velocity intensity source(LVIS) of atomic beam on light parameters, especially the polarization of cooling laser along the atomic beam axis(pushing beam). By changing the polarization of the pushing beam, the longitudinal mean velocity of a rubidium atomic beam can be tuned continuously from 10 to 20 m/s and the flux can range from 3 × 10~8 to 1 × 10~9 atoms/s, corresponding to the maximum sensitivity of the velocity with respect to the polarization angle of 20(m/s)/rad and the mean sensitivity of flux of 1.2 × 10~9(atoms/s)/rad. The mechanism is explained with a Monte-Carlo based numerical simulation method, which shows a qualitative agreement with the experimental result. This is also a demonstration of a method enabling the fast and continuous modulation of a low-velocity intense source of cold atomic beam on the velocity or flux,which can be used in many fields, like the development of a cold atomic beam interferometer and atom lithography.     

The effect of laser beam size in a zig-zag collimator on transverse cooling of a krypton atomic beam

The effect of size of a cooling laser beam in a zig-zag atomic beam collimator on transverse cooling of a krypton atomic beam is investigated. The simulation results show that discreteness in the interaction between the cooling laser beam and atomic beam, arising due to finite size and incidence angle of the cooling laser beam, significantly reduces the value of transverse velocity capture range of the collimator. The experimental observations show the trend similar to that obtained from simulations. Our study can be particularly useful where a small zig-zag collimator is required.     

Eu同位素浓缩的实验研究

极化原子束有许多重要的应用，如用来研究原子散射过程、制备极化核、检验宇称守恒性、研究表面特性以及应用于同位素的浓缩过程。本文主要描述通过磁偏转极化原子束的方法对Eu元素进行同位素浓缩实验，结合Eu原子特有的能级结构，分析了原子束的极化原理，描述了原子束极化和同位素浓缩的实验装置。用具有特定频率和偏振的激光对^153Eu进行选择性光抽运，分别得到正、负极化原子束，正、负极化原子束，正、负极化后的原子束穿过六极偏转磁铁后分别被聚焦和发散，最后用热丝探测器控制，得到了清晰的Eu原子的浓缩信号，当各参数为最佳状态时，仅用一台激光器对^153Eu进行抽运极化，其浓缩效率可达4％。     

激光冷却在原子束六极磁透镜技术中的应用

分析了由六极磁场构成了原子束磁透镜的原理及像差。在比较了热原子束和单色冷原子束的会聚效果后得出结论：影响它成像的主要因素是色差。应用激光冷却技术能使这一影响减小,从而使磁透镜在原子光学领域得到更广泛的应用。     

一种全方位激光束检测仪

基于单平板的两种旋转特性（绕表面中心法及绕入射光束光轴旋转）作者提出了一种任意剪切方向的全方位剪切干涉仪，这不仅对于旋转对称发光，尤其对于非旋转对称激光束的定量检测具有十分重要的应用价值，文中描述了该仪器原理，参数及应用实例。     

偏振光激发的Sr原子电偶极辐射

原子与激光场相互作用产生的自发辐射可以用经典电偶极辐射理论很好的描述.通过改变与Sr原子束相互作用激光的偏振方向,分析探测Sr原子束荧光强度的变化,测定了在远场区的电偶极辐射特性.Sr原子电偶极子在远场区辐射能量的空间方向分布满足sin2θ关系,利用这一规律可以有效地探测到最强的荧光光谱.     

200W级高亮度半导体激光器光纤耦合模块

光纤激光器系统需要高可靠性、高亮度、高功率光纤耦合输出二极管激光器模块作为泵浦源。基于mini-bar二极管激光器芯片,采用光束精密准直技术、自由空间合束技术来获得高亮度、高功率光纤耦合输出,针对光纤芯径为200μm、数值孔径为0.22的多模光纤,开展了线偏振二极管激光光纤耦合实验,实验结果表明:光纤稳定输出功率达280 W,对应亮度为5.87 MW/(cm2·sr),电-光效率为45.0%。采用偏振合束技术,光纤预期输出功率可达500 W,对应亮度超过10 MW/(cm2·sr)。该方法可应用于研制数百瓦级高亮度二极管激光光纤耦合输出激光器模块。     

光纤非相干合成光束在湍流大气中的传输实验研究

进行了六路100 W量级光纤非相干合成光束在实际大气湍流中的传输实验,将六路光斑直径为9 mm的单模光纤光束分别扩束,扩束后的光斑直径为90 mm。基于倾斜镜的合束系统来控制各路光束的指向,在不同强度的湍流条件中,通过主镜口径为440 mm的发射系统水平聚焦传输至470 m处。倾斜控制系统闭环工作时,一倍衍射极限内的桶中功率占目标处总功率的比值是开环工作时的1.7倍左右,随着大气湍流的强度变弱,此比值变大。     

冷原子系综中两正交光场偏振模高效率存储的实验研究

高效率光量子信息存储是可扩展光量子信息处理的一个重要工具.本文对一个冷原子系综中两正交光场偏振模的高效率存储进行了实验研究.通过在雪茄型冷原子系统上施加一个中等强度的磁场,消除了原子Zeeman子能级的简并性,从而使磁敏感自旋波从电磁感应透明系统中被移出,由此完成了两正交光场偏振模高效率、长寿命的量子存储.实验测量了两偏振模存储效率与存储时间以及实验重复频率的关系,结果表明,随着重复频率的增加,存储效率逐渐降低,在10 Hz时,测量得到两偏振模存储效率为30%,同时存储寿命达到3 ms.测量结果为偏振纠缠在冷原子系统中的存储提供了重要的实验基础.