一种高稳定性光纤F-P标准具的设计

法布里-珀罗(F-P)标准具广泛应用于光纤通信与光纤传感领域。实心标准具受自身材料的限制,无法满足高稳定性的要求。空气隙标准具采用热膨胀系数极低的垫片,提高了器件的温度稳定性能。介绍了低温漂光纤F-P标准具的设计和制作,出射光自由光谱范围为100GHz,损耗为3dB,0~70℃温度漂移小于3GHz。相比于采用传统方法制作的标准具,该光纤F-P标准具稳定性更高,解决了实心标准具折射率和热膨胀变化大的问题。     

双边缘技术多普勒测风激光雷达标准具的优化

 优化了基于双边缘技术的直接测风多普勒激光雷达中F-P标准具的工作参数。确定激光谱宽后，选择适当的F-P标准具自由谱间距，可正确消除瑞利背景噪声的影响。分析了标准具镜面缺陷、非严格平行和入射光束发散角对其透过率曲线的影响。将标准具透过率函数表达为唯一系统参数，即反射精细度的函数；通过计算散粒噪声极限时的相对测量误差，可确定最优反射精细度以及激光频率相对标准具透过率中心频率的最佳偏置；由最优反射精细度可得到入射到标准具光束的最大发散角和标准具的最小通光口径。     

基于F-P腔标准具的色散补偿器件的研究

介绍了标准具的结构,分析了基于标准具补偿色散的原理,讨论了该方案在光纤通信系统中的应用前景。     

基于扫描F-P标准具的高光谱分辨低平流层温度探测

报道了一种基于扫描F-P标准具的高光谱分辨低平流层大气温度探测技术。通过扫描F-P标准具,获得大气分子瑞利后向散射的透过率分布。对该透过率进行非线性拟合,由拟合得到的谱宽计算大气温度分布。为了减小频率不稳定引起的系统误差,采用静态的F-P标准具实时监测激光出射频率,并在数据处理中进行补偿。由时间分辨率2000s的激光雷达原始信号的信噪比,根据最大似然估计误差分析,该方法在30km以下的探测误差小于1.9K,50km以下的探测误差小于9.8K。在对比实验中,在18~36km高光谱分辨激光雷达与探空气球探测的温度廓线最大偏差4.7K;在27~34km,高光谱分辨激光雷达与瑞利积分激光雷达探测的温度最大偏差2.7K。在15~27km,由于气溶胶的污染,瑞利积分激光雷达的温度明显偏离其他两种探测结果,最大偏差达22.8K。     

一种透过率随入射角近似线性变化的F-P标准具设计

为了由非机械扫描式F-P标准具的透过率得到来袭激光的入射角,设计了一种透过率随入射角近似线性变化的F-P标准具。把薄膜光学原理应用于F-P标准具的设计之中,考虑了斜入射条件下,特别是大入射角下,增透膜和干涉腔反射层特性参数变化对其透过率的影响,针对1.06μm激光,经过仿真设计,确定了F-P标准具主要参数。反射板选用K9玻璃,反射层采用单层ZnS膜时,腔长(475±5)nm,膜厚(65±5)nm,膜层垂直反射率20.7%～24.0%,对应标准具的透过率与入射角之间线性关系为T=-52.23θ+87.92,透过率非线性误差±5%;采用Ag膜时,腔长(460±10)nm,膜厚(3.80±0.15)nm,膜层垂直反射率22.4%～24.8%,T=-52.28θ+82.05,透过率非线性误差±4%。但具体的实现形式和制作工艺有待进一步研究。     

用于激光稳频系统的控温F-P标准具特性研究

法布里-珀罗标准具由于其结构简单、性能稳定,不仅可以实现不同频率光束的分离、高精度的长度测量、分析激光的纵模结构等,还可用于激光器的稳频系统。本文对F-P标准具的透射率、半高宽度、自由光谱区以及透射率与温度的关系等特性进行了研究,并将其应用在激光器的稳频装置中。     

一种基于F-P标准具的金属线膨胀系数测量方法

本论文提出一种基于F-P标准具的金属线膨胀系数测量方法.该方法利用光杠杆将金属棒受热膨胀时的伸长量转化为F-P标准具干涉光场中干涉条纹半径的变化,通过测量干涉条纹的间距便可实现对金属线膨胀系数的测量.由于该方法仅需测量F-P标准具干涉光场中外侧条纹的间距,并且F-P标准具的多光束等倾干涉可以产生锐利的干涉条纹,因此测量过程更加简便,实验结果的精确度更高.通过实验测量验证了该方法的可行性与可靠性.     

瑞利多普勒测风激光雷达的频率标定方法

频率标定是瑞利测风激光雷达的关键技术。瑞利测风激光雷达中,通过改变压电陶瓷管的电压实现连续调谐F-P标准具腔长,使出射激光频率处于双边缘透过率曲线的交点处。在连续调谐时,由于压电陶瓷管的磁滞效应引起腔长调谐非线性,从而导致系统误差。分析了该误差的原因及特性,提出了静态软件补偿和动态调频跟踪相结合的频率标定方法。若激光出射频率相对F-P标准具漂移小于100 MHz时,在数据反演时补偿该频率偏差;若相对频率漂移大于100 MHz时,将F-P标准具先退回预设腔长以下,通过逐步增加电压的方式,重新实现频率锁定,保证锁定过程处在磁滞回线的电压上升段,避免了磁滞效应引起的误差。多普勒激光雷达与无线电探空仪的两组对比实验中,在15~30km高度,风速最大偏差6.22m/s,平均偏差1.12m/s。     

瑞利多普勒测风激光雷达的频率标定方法

频率标定是瑞利测风激光雷达的关键技术。瑞利测风激光雷达中,通过改变压电陶瓷管的电压实现连续调谐F-P标准具腔长,使出射激光频率处于双边缘透过率曲线的交点处。在连续调谐时,由于压电陶瓷管的磁滞效应引起腔长调谐非线性,从而导致系统误差。分析了该误差的原因及特性,提出了静态软件补偿和动态调频跟踪相结合的频率标定方法。若激光出射频率相对F-P标准具漂移小于100 MHz时,在数据反演时补偿该频率偏差;若相对频率漂移大于100 MHz时,将F-P标准具先退回预设腔长以下,通过逐步增加电压的方式,重新实现频率锁定,保证锁定过程处在磁滞回线的电压上升段,避免了磁滞效应引起的误差。多普勒激光雷达与无线电探空仪的两组对比实验中,在15～30 km高度,风速最大偏差6.22 m/s,平均偏差1.12 m/s。     

基于F-P标准具的固体激光可调线宽控制技术

钠导星激光研制需激光线宽在一定范围内可调节。开展了F-P标准具压窄线宽数值模拟,设计一台高光束质量基横模线偏振激光输出全固态1064 nm激光器作为实验装置,结合激光器输出光谱特性进行计算。根据计算结果采用不同规格的单标准具、组合双标准具实现了激光线宽在0.75 ~2.83 GHz范围内的离散调节控制。在标准具未控温情况下,不同线宽时激光中心波长保持1064.58 nm,30 min内波长漂移量小于3 pm。     

基于法布里-珀罗标准具的532 nm多普勒测风激光雷达系统设计和分析

 设计了采用532 nm 种子注入稳频钇铝石榴石（YAG）激光器作为辐射源的基于四通道法布里-珀罗标准具的瑞利和米散射测风激光雷达系统。介绍了激光雷达的多普勒测量基本原理;给出了雷达系统的主要参数,重点对基于分子后向散射信号的外侧双通道标准具的带宽、自由谱间距、峰值间距等指标进行了详细设计与分析,确定了内侧双通道标准具参数;对全系统速度灵敏度、信噪比与探测距离的关系进行了理论模拟。结果表明,可以实现从边界层至对流层高低空一体化探测。     

基于法布里-珀罗标准具的532 nm多普勒测风激光雷达系统设计和分析

设计了采用532 nm 种子注入稳频钇铝石榴石（YAG）激光器作为辐射源的基于四通道法布里-珀罗标准具的瑞利和米散射测风激光雷达系统。介绍了激光雷达的多普勒测量基本原理;给出了雷达系统的主要参数,重点对基于分子后向散射信号的外侧双通道标准具的带宽、自由谱间距、峰值间距等指标进行了详细设计与分析,确定了内侧双通道标准具参数;对全系统速度灵敏度、信噪比与探测距离的关系进行了理论模拟。结果表明,可以实现从边界层至对流层高低空一体化探测。     

Ultraviolet high-spectral-resolution Rayleigh-Mie lidar with a dual-pass Fabry-Perot etalon for measuring atmospheric temperature profiles of the troposphere

We report what is believed to be the first demonstration of measurement of tropospheric temperature profiles in daytime by use of a high-spectral-resolution Rayleigh-Mie lidar at an eye-safe wavelength of 355 nm. Atmospheric temperature is determined from the linewidth of the Rayleigh spectrum. Two Rayleigh signals are detected with Fabry-Perot etalon filters with a dual-pass optical layout. The Mie signal is detected with a third etalon filter for correcting the Mie component in the Rayleigh signals. The temperature statistical uncertainties are below 1 K up to a height of 3 km in nighttime and 2 km in daytime with a relatively compact system that uses laser energy of 180 mJ and a 25-cm telescope. Good agreement between lidar and radiosonde measurements is obtained.     

双Fabry-Perot标准具在直接测风激光雷达系统中的应用与分析

简叙了双Fabry-Perot标准具在自行研制的测风激光雷达中检测多普勒频移的原理,给出了测风激光雷达系统的参数,对入射光束的入射角和发散角对标准具频谱曲线的影响进行了分析和稳定性实验,结果显示在短期内不稳定性带来的风速测量误差仅为0.016 m/s。测定了双标准具的频谱曲线,通过对标准具频谱曲线的分析显示:测量误差在测量的动态范围内随着速度的增大而增大,随着测量脉冲次数的增加而减少,同时速度的测量误差随着高度的增加而加大,在5 km时最大测量速度误差为0.6 m/s。     

双Fabry-Perot标准具在直接测风激光雷达系统中的应用与分析

 简叙了双Fabry-Perot标准具在自行研制的测风激光雷达中检测多普勒频移的原理,给出了测风激光雷达系统的参数,对入射光束的入射角和发散角对标准具频谱曲线的影响进行了分析和稳定性实验,结果显示在短期内不稳定性带来的风速测量误差仅为0.016 m/s。测定了双标准具的频谱曲线,通过对标准具频谱曲线的分析显示:测量误差在测量的动态范围内随着速度的增大而增大,随着测量脉冲次数的增加而减少,同时速度的测量误差随着高度的增加而加大,在5 km时最大测量速度误差为0.6 m/s。     

基于F-P标准具的固体激光可调线宽控制技术

钠导星激光研制需激光线宽在一定范围内可调节。开展了F-P标准具压窄线宽数值模拟,设计一台高光束质量基横模线偏振激光输出全固态1064 nm激光器作为实验装置,结合激光器输出光谱特性进行计算。根据计算结果采用不同规格的单标准具、组合双标准具实现了激光线宽在0.75 ~2.83 GHz范围内的离散调节控制。在标准具未控温情况下,不同线宽时激光中心波长保持1064.58 nm,30 min内波长漂移量小于3 pm。     

Thermal stimulated radiation of a dissipative Fabry-Perot etalon

The contribution of stimulated coherent radiation to the total thermal radiation of a dissipative Fabry-Perot etalon is calculated and it is shown that for sufficiently high temperatures and a sufficiently highQ of the resonator the radiation of the Fabry-Perot etalon can be predominantly a stimulated one. On the basis of thermodynamic investigation, it has been found that for the conversion efficiency of thermal energy into the energy of stimulated radiation of a two-level system , whereT _eff is a parameter characterizing the total emissivity of the system at a given frequency and¯f is the mean value of the distribution function of the photons in a given spectrum interval.The author wishes to express his gratitude to Dr. M. Trlifaj and Dr. K. Pátek for stimulating discussions.