基于传递函数的超稳激光器光学参考腔热仿真研究

当采用Pound-Drever-Hall(PDH)稳频技术将激光频率锁定在Fabry-Pérot(FP)腔时,激光的频率稳定性完全取决于FP腔的腔长稳定性,而外界环境的温度波动是参考腔腔长稳定性的重要影响因素之一。以典型的FP参考腔真空系统为研究对象,着眼于参考腔对外界温度变化的响应情况,通过理论分析推导出FP参考腔温度与外界温度的传递函数关系,并基于参考腔的温度敏感度曲线,给出参考腔温度敏感度的近似计算公式。数值计算结果证明了传递函数关系的正确性,敏感度近似计算公式的结果虽与理论值存在一定误差,但具有形式简单、参数直观、计算方便等特点,对超稳激光系统设计具有重要的指导意义。     

高精细度光学参考腔的自主化研制

高精细度超稳光学参考腔是获得超窄线宽激光的核心部件.本文报道了面向空间应用的高精细度球形超稳光学参考腔自主化研制及其初步测试结果.设计球形腔体直径为80 mm,腔长78 mm,采用平-凹腔镜结构,凹镜曲率半径为0.5 m.使用有限元方法计算了该参考腔的震动敏感度,最佳支撑位置的震动敏感度小于1×10~(-10)/g.采用超光滑表面三级抛光技术实现光学表面粗糙度小于0.4 nm(rms)的超精密加工,采用双离子束溅射法实现工作波长反射率大于99.999%、损耗小于4 ppm腔镜镀膜,干式光胶方法键合腔体和腔镜.利用扫腔线宽法和腔衰荡法对参考腔的线宽和精细度进行了测量,结果表明该参考腔的精细度约为195000,线宽为9.8 kHz.将698 nm半导体激光器锁定到该参考腔上测得其损耗5 ppm.与实验室进口同类型参考腔相比较,主要性能指标与其相当.     

利用钟跃迁谱线测量超稳光学参考腔的零温漂点

在87Sr光晶格钟实验系统中,通过将自由运转的698 nm激光频率锁定在由超低膨胀系数的玻璃材料构成的超稳光学参考腔上,从而获得短期频率稳定性较好的超稳窄线宽激光.超稳光学参考腔的腔长稳定性决定了最终激光频率的稳定度.为了降低腔长对温度的敏感性,使激光频率具有更好的稳定度和更小的频率漂移,利用锶原子光晶格钟的钟跃迁谱线...     

弹性介质包围的球形液体腔中气泡和粒子的相互作用

为探究外层弹性介质对液体腔内气泡和粒子相互作用的影响,从速度势分布理论出发,结合拉格朗日方程得到了腔内气泡和粒子的运动方程,分析了气泡的共振频率及声波作用下粒子和气泡间的相互作用对其平动行为的影响.结果表明,介质弹性和密度等特性均可改变腔内气泡的共振频率,表现为气泡的共振频率随着球腔的半径增大有先减小后增大的变化趋势,且逐渐趋于无界液体中单泡的共振频率.气泡和粒子在球形液体腔中的平动受到声场参数、外层弹性介质特性、气泡和粒子本身特征等因素的影响,总体特征表现为粒子有向腔壁运动的趋势,气泡的平动与气泡和粒子间相互作用特征密切相关.     

四通道超稳腔的振动分析及热分析

镱原子光钟是当前稳定度最好的光钟,其稳定度已经进入10?19的量级.依托于高精度的镱原子光钟,可以开展广义相对论的检验以及测地学等领域的科学和应用研究.镱原子光钟研制过程中需要用到多种频率的光,所以针对这些激光的频率控制是镱原子光钟研制的一项关键技术问题.本文针对钟激光以外其他四种激光的频率控制要求,以一个四通道超稳光...     

基于自制超稳定F-P腔压窄632.8nm外腔半导体激光线宽的实验研究

窄线宽激光由于其具有单色性好、稳定度高、相干长度长等优点,广泛应用于光电检测领域,包括相干通信、精密测量、光学频率标准、吸收光谱计量以及光与物质相互作用研究等.目前频率稳定的氦氖激光器线宽可以达到M Hz量级,分布反馈式(DFB)光纤激光器线宽可达kHz量级,DFB半导体激光器线宽可以达到M Hz量级,然而光栅反馈半导...     

置于超高真空环境且控温的超稳光学腔的腔线宽及零膨胀温度点测定

高精细度超稳光学法布里-珀罗腔可以提供高精度的频率标准和频率分辨能力,在光学频率原子钟和量子精密测量等领域发挥重要作用,将其控温至零膨胀温度点可进一步有效提高超稳光学腔共振频率的稳定度。实验中构建了一套由超低膨胀系数的微晶玻璃材料制作的球型平凹F-P腔,镀有1560.5 nm和637.2 nm双波长高反多层介质膜,放置于可以精确控温的超高真空系统中。利用射频调制边带法测量得到超稳光学腔的自由光谱区为3.145 GHz,腔线宽～100 kHz,得到超稳光学腔在设定波长的精细度可高达30 000以上。在此基础上通过倍频波导器件将1560.5 nm激光倍频至780.25 nm,利用超稳光学腔共振频率和铷原子饱和吸收谱的对比,获得超稳光学腔在不同温度下共振频率的精确数值,根据相对腔长变化测量超稳光学腔系统的热膨胀特性,拟合得到零膨胀温度为(10.688±0.115)℃。高精细度光学腔提供了稳定的频率基准,同时可有效压窄激光线宽,抑制相位噪声,是产生优质光源的重要工具。我们已将其优异的短期频率稳定性和极低的频率噪声应用于通过高稳定度的637.2 nm红光腔增强倍频实现高稳定度的318.6 nm窄...     

环形腔振动敏感度的研究

为了降低环形腔的环境振动敏感度,设计了一个四柱支撑环形腔。利用有限元数值模拟的方法,通过改变支柱的支撑位置和支柱直径,对环形腔进行数值模拟,得到了环形腔光程变化量随各参数变化的关系曲线。结果表明,通过选择适当的支撑位置和支柱直径,可以使得光程变化量趋近零,光程对振动不敏感。该方法对于高稳定环形腔的设计具有重要的指导意义。     

激光间接驱动球形腔新型光路排布方案

针对激光间接驱动装置中的六端注入球形靶腔结构,提出了新型光路排布方案,即单端集束分两环注入(内环注入角度为35°、外环注入角度为55°).为了对激光集束在球形腔壁上的辐照特性进行评价,提出了利用光通量对比度和FOPAI来评价单集束在球腔壁上光斑的均匀性,以及利用离散度和占空比来评价全部集束在球腔壁上光斑分布的均匀性.结果表明,新型光路排布方案与传统光路排布方案相比,集束在腔壁上的辐照特性保持一致,不仅可缓解在激光注入孔处的"堵孔"问题,而且还可避免传统光路排布方案中集束以小角度入射时在腔内传输所导致的复杂交叉重叠问题.新型光路排布方案可为球形腔结构在激光间接驱动装置中的方案设计提供有用参考.     

球形微腔共振模式下的内场分布

基于Mie理论研究了球形光学微腔的光学特性,通过计算内场和散射场振幅展开系数随着尺寸分布的变化确定了共振发生的位置,给出了计算球形微腔散射场和内场的计算公式,并数值模拟了结构共振情形下的内场分布情况,分析了微腔内的光振荡特性。     

Vibration insensitive optical ring cavity

The mounting configuration of an optical ring cavity is optimized for vibration insensitivity by finite element analysis. A minimum response to vertical accelerations is found by simulations made for different supporting positions.     

球形集声器在生物组织中形成的组织损伤

球形集声器可在亚波长焦域内形成高强度声压,在高强度聚焦超声治疗中具有潜在应用前景.本文结合非线性声传播理论及生物传热学理论,研究球形集声器在生物组织中形成的组织损伤.实验中采用430 kHz,内径为240 mm的球形集声器对肝组织作用,结果表明:集声器表面声压为53 kPa时作用2 s,可以形成小于波长尺度的组织损伤.理论计算结果与实验结果符合得较好,并且理论模型可优化球形集声器的开口孔径.研究结果表明,球形集声器可应用于肿瘤的精细超声治疗.     

非球面检测中最佳入射球面波和最佳参考球面波的确定

为了能够对非球面光学元件面型进行高精度的干涉检测,提出了一种确定最佳入射球面波和最佳参考球面波的新方法。该方法通过计算分析入射球面波与非球面反射波干涉条纹密度,确定最佳入射球面波的波源位置;通过计算分析在干涉图记录平面CCD上干涉条纹的密度,确定非球面检测时参考球面波波源的最佳位置。应用该理论与方法,不仅可明确非球面检测时CCD等光路元件选型的具体策略,而且可用于指导非球面检测调试过程,并能够通过对干涉图的深入分析,获得更多被测非球面的信息。     

注入型共焦法布里-珀罗球面腔内微弱损耗的绝对测量

注入型共焦法布里-珀罗(F-P)球面腔输出信号峰值与腔内损耗有很灵敏的关系,据此可以对腔内微弱损耗作绝对测量.这种测量可实现高衬度、高灵敏度、高精度.本文介绍测量方法及其应用前景.     

基于腔内球差选模产生高阶拉盖尔-高斯模式激光

本文报道了基于腔内球差在端泵Nd:YVO₄激光器中选择单一高阶拉盖尔-高斯(LG)振荡模式的实验研究.在激光谐振腔内使用短焦距透镜引入明显的球差,使具有不同光斑半径的各阶LG模式的光路在空间上发生分离,从而实现对模式的选择作用,1.03 W泵浦功率下线偏振1064 nm激光能够在LG_0,±10和LG_0,±33之间以单横模工作.分析发现适当的横模间球差是抑制边模、选择单一高阶LG模式的必要条件,而过大的球差又会导致单一LG模式自身遭受明显的损耗,不利于产生高阶的LG模式输出.据此进一步优化实验参数,获得了角向指数m达到±75的高阶LG模式输出.     

The enhanced nonlinear stimulated emission effect of an atomic beam by using an injection Fabry-Perot spherical cavity

When a high-intensity laser beam passes through a resonant atomic beam,non-linear stimulated emission effect will be produced.This effect can be enhanced up to two or-ders of magnitude by using an injection Fabry-Perot cavity.Experiments show that thismethod has high measuring contrast and high spectral resolution when it is used to measure thehyperfine absorption lines of atomic beams.     

Stability conditions of a laser cavity with gaussian diaphragms

Laser cavities with spherical mirrors and Gaussian diaphragms have been investigated. The influence of the parameters of mirrors and Gaussian diaphragms on the stability conditions of such cavities is shown. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 67, No. 4, pp. 465–468, July–August, 2000.