正交解调Pound-Drever-Hall激光稳频技术实验研究

为了提高激光器的频率稳定度,设计了基于正交解调原理的Pound-Drever-Hall(PDH)稳频系统。该系统采用直接数字频率合成器同步产生三路同频正弦和余弦信号,其中一路正弦信号用作电光相位调制器的驱动信号,另两路正弦和余弦信号同时用作相位解调的参考信号。解调所得PDH稳频系统的误差信号用于反馈调节激光器腔长,使得激光器频率自动稳定到Fabry-Perot(F-P)参考腔的谐振频率上。建立了正交解调PDH稳频实验系统,实验结果表明,在1.5 h稳频时间内,激光器的频率漂移不超过±0.13 MHz,根据Allan方差计算得到其频率稳定度优于1.2×10^-11。这种稳频激光器可用作合成波绝对距离干涉测量系统的理想光源。     

二极管泵浦1064nm单频Nd:YAG激光器输出功率稳定控制系统设计

介绍了激光二极管(LD)端面泵浦1064 nm单频Nd:YAG激光器的工作原理和结构特点,分析了影响这种固体激光器输出功率稳定性的主要因素,设计并实验研究了一种用于稳定该激光器输出功率的控制方案.该方案在严格控制LD和Nd:YAG晶体工作温度的条件下,当单频Nd:YAG激光器的输出功率波动时,根据LD输出功率与其注入电流成正比这一变化规律,利用获得的功率误差信号反馈控制LD的注入电流,即可稳定单频Nd:YAG激光器的输出功率.实验结果表明:当LD泵浦1064 nm单频Nd:YAG激光器的输出功率约为11.5 mW时,采用所设计的控制系统,可使激光输出功率稳定性在130 min内优于1.3%.     

双FBG双波长掺铒光纤激光器设计与实验研究

波长可调谐的双波长光纤激光器由于带宽较宽、线宽窄,与光纤元件天然兼容等特点,可作为DWDM光纤通信及光纤传感系统的理想光源。设计并实验研究了一种双波长环形腔掺铒光纤激光器,该激光器采用两根FBG和一个3dB耦合器构成可调谐Y型光滤波器,并通过对FBG施加轴向应力改变布拉格中心波长,从而获得波长可调谐的双波长激光输出。实验结果表明:当轴向负载在0～100 N范围内变化时,双波长光纤激光器的波长差在0.638～1.616 nm范围内线性调谐,调谐灵敏度为0.009 6 nm/N。利用增益均衡方法独立调节激光腔内的增益和损耗,光纤激光器可在单波长和双波长两种运转状态之间切换。     

旋转双散射片散斑抑制方法

提出一种手动旋转双散射片的散斑噪声抑制方法,以一动一静的工作模式获得多幅独立的散斑场,通过多幅再现像叠加实现散斑的抑制。通过理论分析一动一静双散射片和单散射片的时间相关函数,证明一动一静双散射片的去相关速率明显高于单散射片,具有更好的散斑抑制效果。实验上分别进行了不同目数单散射片和双散射片、相同目数单散射片和双散射片之间的对比研究。从散斑对比度结果可以看出,散射片目数越多,再现像叠加数量越多,散斑抑制效果越好,并且双散射片的散斑抑制效果要优于单散射片。以相位光栅为样本,采用一动一静双散射片方式验证了所提方法的可行性,该方法获得了更好的成像效果。     

基于自适应阈值的齿轮干涉图像前景区域提取方法

齿面物体像灰度法是激光移相干涉测量中提取齿轮干涉图像前景区域的重要方法之一,针对该方法因人工设定阈值且忽略不同图像边缘特征从而导致的测量效率及精度受限问题,提出了一种基于自适应阈值的齿轮干涉图像前景区域提取方法。首先分析齿轮齿面形貌特征与各边缘顶点差异,对图像进行区域划分;然后根据边缘灰度变化规律通过邻域窗口筛选合格像素点并获取掩模结果,实现前景区域提取;最后根据5类图像评价指标分别对4组算法分割结果与传统方法分割结果进行数据对比。结果表明：算法在实现图像自动处理的基础上与参考结果匹配精确度提升约3.5%～4.5%,PRI(probabilistic rand index)提升约3%～4%,VOI(variation of information)提高约15%～25%,GCE(global consistency error)降低约2.5%～3.5%,最终相位信息准确度提升9μm～15μm。结果符合精度要求,该方法可广泛应用于齿轮干涉图像前景提取中。     

Pound-Drever-Hall激光稳频系统线性化复频域建模及分析研究

Pound-Drever-Hall(PDH)稳频系统利用了调制光谱技术和外差探测技术,将激光频率锁定在F-P参考腔的中心频率上以实现稳频。鉴频曲线的线性区为PDH系统的频率快速捕获区。在此区域内,PDH误差信号与激光频率差成正比。本文建立了该频率快速捕获区的PDH稳频系统线性化复频域模型,研究了系统的稳定性和稳态误差。F-P参考腔作为稳频基准,其干扰对系统稳频性能影响极大。将F-P参考腔干扰作为噪声源,分析了系统的扰动误差。分析了系统动态性能,研究了频率锁定的暂态响应过程,给出了系统参数设计依据。     

半导体激光器用电流源的设计

半导体激光器(LD)是一种电流注入式电致发光器件，其工作特性和使用寿命主要取决于驱动电流源的性能优劣。本文作者设计了一种用于中、小功率LD的新型电流源，它的工作原理是电压／电流转换、电流放大和电流负反馈。输出电流在0～3Ａ范围内可连续调节，当电流分别为2A和3A时，连续5小时内的电流变化量均小于1mA，相应的电流稳定度分别为5.0×10-4和3.3×10-4。另外，该电源还具有抗击浪涌击穿、断电保护和过流保护等多种功能。与以往的电源相比，该电流源具有原理简单、稳定性好等优点，在教学、科研和生产中有很好的应用前景。     

温度扰动对棱镜式激光陀螺特性的影响

考虑温度扰动的情况下,对光在棱镜表面反射和折射的传输矩阵进行了修正.根据激光环形腔自洽理论,建立了温度扰动下的棱镜式激光陀螺腔内光束传输物理模型,分析了温度扰动对陀螺频率偏移、标度因数等参数的影响.理论分析表明,当温度在-40~70℃范围波动时,激光陀螺光学腔长变化量、频率偏移量和标度因数变化量依次为10.04μm、0.011 MHz和1.96×10~(-10).建立了棱镜式激光陀螺变温实验系统,实验结果与理论分析相吻合.     

LD泵浦超大频差双频Nd:YAG激光器设计

在分析双折射滤光片选频原理的基础上,设计了一种新型双频绿光激光器并验证了其可行性。在LD泵浦Nd:YAG绿光激光器的驻波腔中插入一块偏振分光棱镜(PBS),使其与倍频晶体KTP共同构成双折射滤光器以实现单纵模运转;同时使p分量和s分量的1 064 nm基频光分别在直线腔和直角腔中以单纵模振荡,经KTP倍频后输出两路正交偏振的532 nm绿光,再由另一块PBS合光即可实现双频绿光输出,其频差范围约为0~180 GHz。     

二极管泵浦1064nm单频Nd∶YAG激光器输出功率稳定控制系统设计

介绍了激光二极管(LD)端面泵浦1 064 nm单频Nd∶YAG激光器的工作原理和结构特点,分析了影响这种固体激光器输出功率稳定性的主要因素,设计并实验研究了一种用于稳定该激光器输出功率的控制方案。该方案在严格控制LD和Nd∶YAG晶体工作温度的条件下,当单频Nd∶YAG激光器的输出功率波动时,根据LD输出功率与其注入电流成正比这一变化规律,利用获得的功率误差信号反馈控制LD的注入电流,即可稳定单频Nd∶YAG激光器的输出功率。实验结果表明:当LD泵浦1 064 nm单频Nd∶YAG激光器的输出功率约为11.5 mW时,采用所设计的控制系统,可使激光输出功率稳定性在130 min内优于1.3%。