谐振腔对光波的动态响应

本文将谐振腔视作线性时不变系统,借鉴线性系统信号处理的方法,考察了谐振腔对光波的动态响应,得到相应的数学解析描述,该方法可以适用于任意形式的注入光波.从这个角度分析,传统的脉冲腔衰荡光谱技术实际上是考察谐振腔的冲激响应,而连续腔衰荡则是考察谐振腔的阶跃响应.此外,针对注入光波长缓慢变化的特殊情况,考察了谐振腔对频率线性啁啾光波的响应,并获得了解析形式的数学描述.在此情况下,谐振腔输出的光功率信号的频谱包含了腔内光谱的信息,利用本文的数学描述,可以很容易地从信号频谱反推出待测光谱.据此,提出了一种谐振腔增强光谱测量的新方法,称为频域腔衰荡光谱.本文的研究成果可以应用于各种类型的谐振腔增强光谱,也可以应用于基于谐振腔的各类光学技术,比如P-D-H激光稳频技术.     

激光锁定F-P腔频率的有差锁定研究

基于有差伺服调节技术,实现了外置光学谐振腔的共振频率与钛宝石激光器工作频率的锁定.该技术采用压电陶瓷作为执行元件,通过对压电陶瓷的调制,实现了对透射激光功率的调制,并由锁相放大器解调获得伺服信号,该伺服信号经过高压放大器放大后控制压电陶瓷的伸缩来调控谐振腔的腔长,从而使腔的共振频率锁定在激光频率上.当激光上作于单一频毕时,谐振腔的谐振频率可以长时间地与激光频率保持锁定,锁定后腔的透射光功率相对起伏的稳定性为2%.当激光频率扫描时.谐振腔的谐振频率可以在2 GHz范围内不间断地与激光频率保持锁定.     

全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术EI北大核心CSCD

针对全反射棱镜式激光陀螺在稳频过程中相敏信号易受噪声干扰的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术。理论分析了全反射棱镜式激光陀螺的稳频特性,结合自适应噪声对消原理,建立了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频系统的数学模型。通过硬件电路设计,搭建了基于递归最小二乘算法的自适应稳频控制系统。分别对原有稳频技术与自适应稳频技术进行了实验测试,实验结果表明,自适应稳频能有效消除噪声对相敏信号的干扰,稳频精度提高了近一个数量级,陀螺精度相应提高了60%以上。此分析结果为提高全反射棱镜式激光陀螺的性能提供了重要参考。     

全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术

针对全反射棱镜式激光陀螺在稳频过程中相敏信号易受噪声干扰的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术。理论分析了全反射棱镜式激光陀螺的稳频特性,结合自适应噪声对消原理,建立了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频系统的数学模型。通过硬件电路设计,搭建了基于递归最小二乘算法的自适应稳频控制系统。分别对原有稳频技术与自适应稳频技术进行了实验测试,实验结果表明,自适应稳频能有效消除噪声对相敏信号的干扰,稳频精度提高了近一个数量级,陀螺精度相应提高了60%以上。此分析结果为提高全反射棱镜式激光陀螺的性能提供了重要参考。     

端面抽运四镜折叠腔Nd∶YVO4激光器的研究

基于传输矩阵理论,针对端面抽运的z型折叠腔Nd∶YVO4固体激光器的谐振腔设计进行了数值模拟,详细分析了腔内各参量对谐振腔稳定性的影响.由模拟结果推断,z型腔激光器具有两个稳区,并且稳区的范围可通过谐振腔各分臂的臂长来调节.利用相同的光学元件在不同的稳区范围设计了两种热稳腔,指出了长短腔型各自的利弊.实验考察了输出功率随腔长改变的变化情况,在不同腔长下的不同稳区分别获得了稳定的1 342 nm激光输出,谐振腔稳区范围的变化规律与理论计算基本符合.     

双路光谱展宽的钛宝石飞秒光学频率梳系统

对中国计量科学研究院研制的第一代基于钛宝石飞秒激光器的光学频率梳系统进行了改进和优化. 通过对激光器重复频率、光谱展宽以及拍频信号探测等方面的改进,有效地降低了光谱展宽的复杂性,提高了飞秒光学频率梳系统的稳定性和激光频率测量的便捷性. 采用该光学频率梳系统对碘稳频532 nm和碘稳频633 nm激光绝对频率进行了测量,测量结果在国际推荐值的不确定度范围之内. 关键词： 光学频率计量 飞秒光学频率梳 光谱展宽     

基于光纤激光放大倍频的冷原子钟光源

用于激光冷却与原子布居数探测的激光光源是冷原子钟的重要组成部分,选用工业技术成熟的1560 nm光纤激光器和光纤放大器分别作为种子源和光放大器,经非线性倍频晶体对放大后的激光进行倍频,得到较大功率的780 nm的激光,通过饱和吸收稳频得到冷却激光,一部分冷却激光利用电光调制器和声光调制器移频6.8 GHz得到重泵浦激光,对上述激光进行适当的功率分配后提供给冷原子钟。对该套激光装置关键器件进行了特性测试,将稳频后的倍频激光与锁定在超稳激光上的光学频率梳进行拍频,得到的激光的线宽在74 kHz左右,其短期稳定度比外腔半导体激光器提高半个多数量级。将这样的激光光源应用于冷原子钟,可以减小探测激光频率噪声对喷泉钟稳定度的限制。     

激光器内的光反馈

反馈光进入谐振腔后的耦合效应会对稳定激光器产生十分不利的影响.由激光器外来的反射光线,例如当稳频激光器用作干涉仪的光源,或对激光波长作精确测定时,由干涉仪来的反射光线重新进入谐振腔,常常会破坏激光频率的稳定[1].通常均采用旋转散射屏[2],光学退耦器(如偏振片和1/4波片[3]或法拉第旋转器[4]等),或采用特殊的干涉仪光路设计(例如用离轴的三面直角棱镜代替迈克尔逊干涉仪中的平面镜)以避免干涉仪来的光反馈. 反射光进入谐振腔后的耦合结果与它进入谐振腔时的位相有关.由激光器外来的反射光通常因所经的光程较长,故由振动,温度,气流…     

环形谐振腔频率响应特性研究

分析了方形环形谐振腔对S线偏光和P线偏光的频率响应特性,发现输入两个频率间隔相差很小的S线偏光和P线偏光都能引起环形谐振腔的谐振,其中S线偏光谐振峰频率特性更适于环形谐振腔的稳频。通过搭建环形谐振腔频率响应特性测试系统,从实验上验证了理论计算的正确性。对于环形谐振腔的稳频和调腔具有参考意义。     

激光输出功率随耦合率及放大率的变化规律

建立了涵盖稳定腔和非稳腔的激光有源理论模型和激光开式谐振腔的边界条件。根据定态薛定谔方程与亥姆霍兹方程的等价性,采用量子力学方法求解谐振腔的亥姆霍兹波动方程,得到满足方程、边界条件、矩阵光学、稳定条件的本征解和本征方程。根据本征方程推导出横模数目随耦合率变化的规律,进而推导出激光输出功率随耦合率变化公式,以及激光输出功率随放大率的变化规律。该理论模型能够从稳定腔自然过渡到非稳腔,在小耦合率情况下退化到与传统公式基本一致的形式,又能在大耦合率情形下与实验结果符合得很好。     

基于DSP技术的外腔半导体激光器自动稳频系统

实现了一种基于数字信号处理(DSP)技术的外腔半导体激光器的自动稳频装置。该自动稳频装置以铷原子的饱和吸收谱线作为频率参考,采用调制解调技术得到稳频所需的鉴频信号。激光自动稳频装置通过模数转换器以固定的速率不间断地采集饱和吸收信号和鉴频信号,由DSP芯片对采集到的数字信号进行处理和分析。DSP芯片利用通用输入输出端口控制调制信号的开关状态,通过数模转换器控制激光频率扫描以及输出数字反馈。利用所述的激光稳频技术不仅实现了外腔半导体激光器自动稳频,而且能够实时评估激光器的锁定情况,在激光器失锁后及时重新锁定,提高了激光器的长期运行能力。最后,将使用自动稳频技术的激光器应用于空间冷原子钟原理样机地面实验中,该稳频激光可以满足相关科学实验的需求。     

级联掺Yb增益光纤提高拍频信号信噪比的实验研究

飞秒光学频率梳的出现使对未知激光的绝对频率测量成为可能,极大地简化了激光绝对频率的量值溯源和比对工作.为了保证测量数值的准确性,飞秒光学频率梳与未知激光的拍频信号fb的信噪比要求大于30 d B.针对碘稳频532 nm激光绝对频率测量的特定需求,以532 nm激光的基频光1064 nm激光的绝对频率测量为着眼点,本文采用303 MHz重复频率的掺Er光纤光学频率梳,首先通过激光放大和光谱展宽技术使光谱覆盖到1μm波段,然后采用级联掺Yb增益光纤技术,将扩谱后1μm波段的激光功率进行放大,提高了掺Er光纤光学频率梳扩谱后1μm波长附近的激光强度.采用碘稳频532 nm激光的基频光作为待测光源与飞秒光学频率梳进行拍频.实验表明,与未经过光谱增强的激光相比,光谱增强后的激光与1064 nm激光拍频信号的信噪比提高了5 d B,保持在35 d B附近.该技术有效地缓解了采用掺Er光纤光梳测量1064 nm激光绝对频率时对直接扩谱所获得的1μm波长激光的强度要求.     

光学频率标准与光钟的实现

综述了时间频率标准的发展过程.对构成光学频率标准的四个要素,即激光冷却、激光稳频、离子捕陷和光学频率梳进行了系统的介绍.详细描述了光钟的原理与系统构成,并对光学频率标准与光钟的应用前景进行了展望.     

带圆锥透镜的非稳贝塞尔光学谐振腔

研究了由圆锥透镜和凸面镜组成的非稳贝塞尔光学谐振腔. 利用几何光学原理,讨论了非稳贝塞尔谐振腔中光线传输的ABCD矩阵和腔内光线实现自再现的条件.从波动光学角度出发,利用惠更斯-菲涅尔衍射积分方程导出了谐振腔两镜面处光场的迭代方程,并通过数值模拟得到了凸面镜曲率半径不同时零阶贝塞尔光束在输出镜面上的光强分布.     

激光稳频技术的新发展(Ⅲ)──脉冲激光器的稳频技术和激光波长测量

脉冲激光器的频率稳定和测量,一向是一个较棘手的问题.但近年来,随着脉冲激光器在激光化学、激光光谱、激光雷达和外差检测系统等方面应用的发展,迫使人们去探索稳定脉冲光频的方法.下面介绍的几种脉冲激光稳频方法. 一、长期稳腔式[1]; 稳腔长当然可以稳定光频,但脉冲的持续时间短,较难判断腔长是否已被稳定,故采用一种长期稳腔的方案.这个方案在TEA CO2激光器中得到较合理实施,系统如图1所示,将TEA激光头和连续CO2器件置于同一谐振腔内,以构成混合式TEA激光器,获得单纵模振荡.通过连续器件的光电流稳频系统,以某一谱线(P或R的某一支…     

激光锁频实验研究

随着激光技术的发展,激光的频率稳定性越来越好,实际应用对激光频率稳定性的要求也逐渐提高.目前简单的被动稳频技术已不能满足实际应用需求,而主动锁频技术备受关注并得到高速发展.更高的频率稳定度意味着需要更精确的调控,激光锁频技术也成为现代量子技术的重要组成部分.本文介绍了几种常用的激光稳频技术,展现了激光锁频技术的重要发展,例如小型化和自动化、超稳腔锁频和传输腔锁频.     

中国的国家长度基准：稳定在^127I2超精细结构上的633nm He－Ne激光（续）－－现代计量科学专题之三

4新一代碘稳频激光系统 进入20世纪90年代以来,由于技术的不断进步,在计量学领域,633nm稳频He-Ne激光被广泛使用.基于三次微分技术的碘稳频He-Ne激光除了在传统意义上用于计量标准的目的外,也开始进入到一些有特殊精度要求的测量系统中.     

激光器机理及激光功率表达式的实验验证

运用光反馈的原理和技术演示并验证激光功率表达式，说明激光介质和光学谐振腔的性质和作用。     

全反射棱镜式激光陀螺标度因数补偿技术

针对全反射棱镜式激光陀螺标度因数随温度周期性变化的现象,根据矩阵光学方法研究了稳频状态下温度变化对环形激光面积的影响,获得了全反射棱镜式激光陀螺标度因数与稳频电压的关系,并得出光束偏移是引起标度因数随温度周期性变化的原因。根据标度因数与稳频电压的关系,建立了全反射棱镜式激光陀螺标度因数补偿模型,通过实验对比了补偿前后标度因数的非线性度。结果表明,根据该补偿模型对全反射棱镜式激光陀螺标度因数进行补偿,标度因数非线性度提高了一个数量级以上,对提高全反射棱镜式激光陀螺的性能具有一定的参考价值。     

激光谐振腔自动稳定调节的一种方法

本文讨论了激光谐振腔的稳定调节系统.对失调的激光谐振腔的输出光斑进行图象处理,检测出光斑的内外圆环的边缘,然后用曲线拟合的方法得到内外圆环的几何中心坐标,计算出光斑的能量偏移和位置偏移.运用几何光学和衍射光学的有关知识,推导出激光谐振腔镜的倾斜角和光斑偏移量的关系,利用这个关系来实时调节谐振腔,使谐振腔准直.我们做了大量的实验证明这种方法是切实可行的.