激光光源线宽对外差探测性能的影响

本文根据统计理论分析了激光线宽对外差探测结果的影响, 并讨论了激光线宽对杨氏干涉条纹对比度的影响. 本文基于解析结果做了数值仿真, 所得结果表明激光线宽增加时, 外差探测方式仍可以检测到中频信号, 但在线宽较大时, 受噪声影响无法准确地提取到中频频率. 为验证理论分析结果, 使用线宽为1 MHz的激光光源进行了8.1 km外场实验, 实验结果与数值分析结论一致, 即不会因为线宽增加而无法检测到中频信号. 文中所得结论对于外差探测光源的选择有重要指导意义, 因此根据测量目标的特性和测量要求, 可按照文中结论评估光源的线宽指标.     

傅里叶域锁模扫频激光光源

报道了一种傅里叶域锁模(FDML)的扫频激光光源.扫频激光光源由激光谐振腔和光功率增强单元组成,激光谐振腔主要包含增益介质、调谐滤波器和延迟线.增益介质采用了两个串联的半导体光放大器,调谐滤波器则采用了基于利特罗结构的光栅旋转多面镜.研制的FDML扫频激光光源的中心波长为1290 nm,扫频速度为14.8 kHz,扫频...     

基于窄线宽扫频光源的高分辨率阵列式光纤光栅温度传感系统

高精度温度传感器在地球物理、海洋科学、石油化工等领域具有广泛应用。针对传统光纤光栅温度传感器分辨率较低的问题,提出一种基于光纤光栅的高精度多点复用温度传感系统,该系统采用封装好的不同中心波长的π相移光纤光栅作为温度敏感单元,以扫频激光器和波分复用技术检测各光纤光栅谐振波长,并引入氰化氢标准气体吸收室作为波长参考,用非平衡马赫-曾德尔干涉仪补偿光源扫频过程中的非线性,以提升波长测量精度。实验实现了对10个温度传感探头的同时探测,温度分辨率达到10^-4℃水平,测量范围达到0～100℃。该光纤光栅温度传感系统在高精度温度测量领域具有广阔的应用前景。     

腔衰荡吸收测量中光源线宽影响研究

分析了腔衰荡吸收测量中激光线宽对实验结果的影响和单指数近似的适用范围，提出了衰荡曲线的多项式普适拟合公式。数值模型结果显示吸收较强时多项式拟合可以明显提高测量准确度，从而提高腔衰荡吸收测量的动态范围。     

500 kHz高速扫频光源的研制

基于半导体光放大器和高速光纤法布里-珀罗滤波器,搭建了一个用于产生高速扫频激光的短环形腔。滤波器从长波到短波扫描时,关闭半导体光放大器的偏置电流,可以获得50%占空比的扫频激光。借助交织器,可以获得占空比为100%的扫频激光。再利用二级半导体光放大器,可以进一步提高扫频激光的输出功率。经测试,本扫频激光的扫描频率为500 kHz,中心波长为1550 nm,扫描范围达到67 nm,有效相干长度为6.5 mm,平均输出功率大于20 mW。     

准分子激光线宽压缩方法的研究

介绍了准分子激光线宽压缩的各种方法及其各自特点,并用单个标准具对308nmXeCI准分子激光进行了线宽压缩实验。     

激光线宽对原子相干效应的影响

该文在λ型三能级原子系统中分别讨论了耦合场和探针场线宽对电磁诱导透明(EIT)的影响,通过实验观测探针光和耦合光线宽变化时EIT的透明窗口的变化,得出耦合光对EIT的影响大于探针光线宽的影响,这一结果将为原子存储时间的提高具有一定意义.     

基于短环形腔制备高速扫频光源的研究

为了制作高速扫频光源,基于光纤法布里-珀罗可调滤波器和半导体光放大器搭建了一个短环形腔。首先,通过半导体光放大器的通断电控制,实现占空比为50%的扫频激光输出。然后,利用交织器把激光分成两路再进行错位叠加,从而获得占空比为100%、扫描频率为可调滤波器振动频率两倍的扫频激光。最后,扫频激光经过二级半导体光放大器进行再放大,实现更高功率的扫频输出。所获得的扫频激光,扫描频率为245 kHz,中心波长约为1544 nm,扫描范围达到73 nm,有效相干长度为12 mm,平均输出功率大于20 mW。本文采用的设计方案对于制备高性能、低成本的高速扫频光源具有重要的实用意义。     

基于非平衡光纤干涉仪的窄线宽激光光源跳模实时测试方法

窄线宽激光器随机发生的跳模现象,是影响光学系统稳定的重要因素.激光器线宽窄往往意味着较长的谐振腔和较小的模间隔,从而给跳模的监测带来了难度.本文提出一种基于非平衡光纤干涉仪的窄线宽光源跳模测试方法,该方法将激光器跳模的频率变化转变为干涉仪的相位变化,并通过相位产生载波(PGC)调制解调技术来检测相位信息,从而实现对跳模过程的监测.该方法灵敏度高,能够长时间连续监控,测试效果优于Fabry-Pérot干涉仪,还可在kHz量级上测量窄线宽激光器的线宽,为单纵模窄线宽激光器研究提供有效的测试手段.     

基于时变功率谱的激光器调谐瞬时线宽测量方法研究

半导体激光器的线宽通常采用激光外差测量技术,通过差拍信号的功率谱密度函数来确定,受傅里叶变换方法的限制,得到的均是在一定时间段内的静态平均线宽。为了获得半导体激光器在电流调谐过程中的瞬时线宽特性,提出了利用时变功率谱获知调谐瞬时线宽的相干和非相干测量方法,并分别进行了理论分析和实验验证。首先对半导体激光器输出光信号及差拍信号进行了时间-频率域下的数学描述,确定了时变功率谱与调谐瞬时线宽的关系;其次,针对差拍信号的趋向性特征,提出了趋势局部均值分解方法,并研究了利用分解出的乘积函数建立差拍信号及激光器输出光信号的时变功率谱的方法;最后利用非相干和相干测量法分别获得了分布反馈式半导体激光器在50~51及50~100 mA锯齿波电流调谐过程中的瞬时线宽。     

基于法布里-珀罗调谐滤波器的傅里叶域锁模扫频激光光源

报道了一个光纤型1300 nm波段的傅里叶域锁模(Fourier domain mode locking, FDML)扫频激光光源, 用于扫频光学相干层析成像技术 (optical coherence tomography, OCT) 成像. 本实验扫频激光光源采用包含增益介质、调谐滤波器和延迟线组成的长腔激光谐振腔以及光功率增强单元. FDML扫频激光光源具有快速和高度稳定运转模式, 相位稳定性好. 基于法布里-珀罗调谐滤波器(fiber Fabry-Perot tunable filter, FFP-TF)的FDML扫频激光光源扫频范围为130 nm, 半高全宽为70 nm, 输出平均功率是11 mW. 与基于FFP-TF的短腔的扫频光源做了对比研究, FDML扫频光源速度从短腔的8 kHz提高到了48.12 kHz, 对应生物组织OCT成像轴向分辨率为7.8 μm, 比短腔的减小了1.9 μm. 关键词： 光学相干层析技术 扫频激光光源 傅里叶域锁模 法布里-珀罗调谐滤波器     

激光线宽对光学锁相环锁相效果的影响

为了获得利于相干合成的具有高相干性的单元光束,可利用光学锁相环(OPLL)来实现本振激光的相位锁定。推导了锁相后激光复振幅的互相关函数表达式,并以此评价锁相后光束间的相干性。具体计算了参考光线宽、时间常数和本振激光线宽差对互相关函数值的影响。定义与本振激光线宽差相关的评价参数M,以此表征当其他参数一定时本振激光线宽差对锁相后激光相干性的影响。进一步针对本振激光线宽不一致对锁相效果的影响进行详细分析,得到相关参数合理值范围的计算公式。结果表明对于不同的本振激光线宽差范围需要设计不同的OPLL系统时间常数来实现有效锁相。     

多色脉冲激光光源研究

采用钛宝石锁模飞秒激光器作为泵浦光源,利用1.8 μm纤芯的保偏光子晶体光纤的高非线性特性产生超连续谱,通过调节泵浦光源和光子晶体光纤之间的耦合,在可见光区,获得了中心波长分别在431 nm, 497 nm, 520 nm, 575 nm的mW量级的不同颜色的激光输出,并且测量输出的脉冲序列重复频率与泵浦光的一致,具有良好的稳定性.     

激光光源中基体影响的探讨

关于激光光源中基体影响问题有人进行过研究,观察到激光光源中基体影响有削弱。有的报导对非导体物质,激光光源中基体影响情况与直流电弧相同。也有作者应用调Q激光时,发现稀土元素的谱线强度受基体的影响相当大。在所有这些研究中,各持已见。与直流电弧光源相比,激光试样是直接压片撮谱。而直流电弧的试样是与碳粉1:1混合。因此不能认为两种光源所用的物样相同,因此对所得数据直接进行对比是不恰当的。为了对这一光源的基体影响情况进一步观察,以便对它在常量光谱分析中的应用前景作出估计,作了如下试验。     

依赖于激光线宽的信息写入效率的研究

本工作研究了在聚苯乙烯八乙基卟啉永久性光谱烧孔材料上进行光谱相位编码时域光全息读写中信息写入效率随激光谱带变宽而降低的现象,建立了分子转动引起光谱再分布模型,并计算了不同写入激光线宽下信号衍射效率随曝光量的变化规律,很好地符合了实验结果.     

激光场线宽对电磁诱导吸收效应的影响

采用密度矩阵方程,在引入激光场线宽的条件下,计算了三个电偶极跃迁构成N型四能级系统中介质对探测场的吸收,从而研究激光场线宽对电磁诱导吸收效应的影响.结果表明:随着激光场线宽增大,原子相干将会减弱,从而抑制电磁诱导吸收.     

直接探测激光测风雷达发射激光线宽对探测的影响

 论述了Rayleigh散射双边缘直接探测激光测风雷达发射激光线宽对探测灵敏度和误差的影响。使用Monte-Carlo方法模拟了大气后向散射回波半高宽(FWHM)和发射激光线宽的定量数值关系。把这个关系拟合为一个二次多项式,计算了由发射线宽引起的测量灵敏度和误差。对于探测波长是355 nm的情况,当发射线宽从单频增加到2 GHz时,后向散射回波线宽从3.853 GHz非线性地增加到5.371 GHz。发射激光线宽的加宽对探测影响很大,当发射线宽从单频增加到2 GHz时,测量灵敏度从0.003 1降低到0.001 9,测量误差从0.323 m/s增大到0.518 m/s,计算中假定探测信噪比和累计激光脉冲数都是1 000。     

高功率窄线宽光纤激光技术

以波长拓展为主线介绍了单频光纤振荡器的研究进展,以功率提升为主线介绍了单频连续光纤放大器的发展现状,以产生窄线宽种子源的方法为依据总结了1 μm波段高功率窄线宽连续光纤激光器的国内外研究成果。分析当前高功率单频光纤激光器和高功率窄线宽光纤激光器的发展趋势和面临的主要挑战,梳理并讨论高功率窄线宽光纤激光的关键技术,并基于当前高功率窄线宽光纤激光器的发展现状介绍其在各领域的应用价值。     

内窥式扫频光源光学相干层析系统的探头设计

利用自聚焦透镜和单模光纤搭建了基于光纤旋转连接器的内窥式扫频光源光学相干层析成像系统.利用Zemax模拟了内窥探头的光学性能,分析了光纤到自聚焦透镜的距离和自聚焦透镜节距对探头性能参量的影响.在综合考虑元器件成本以及成像要求后,选择无需定制,节距为0.24Pitch的自聚焦透镜,确定光纤与自聚焦透镜之间的距离为0.7mm.经实验测得该系统的横向分辨率约为19.5μm,纵向分辨率约为9μm,工作距离约为7mm,成像深度为6.2mm(空气中),与理论值接近.为了验证该系统对生物组织的成像性能,利用该系统对猪食道进行离体成像,重建后的层析图中可以明显地观察到猪肠道的表皮层和固有层.测量系统的各项成像性能参量以及对生物组织的成像性能表明该探头在内窥成像中是可行的.     

非旋波近似下的激光线宽

研究非旋波近似下的激光线宽,精确到原子自然线宽与辐射频率的比值的平方.结果表明,线宽虽然仍然遵从著名的Schawlow-Townes公式,但是,由于非旋波项对稳态平均光子数的抑制作用,非旋波项引起激光线宽变宽.加宽的程度不仅依赖于原子自然线宽与辐射频率的比值的平方,而且与旋波近似下的稳态平均光子数有关.非旋波项对光子数起伏的影响较小,与之相比,非旋波项对激光线宽的影响要大得多. 关键词：