环形掺Er3+光纤激光器输出特性分析与实验研究

理论分析了掺Er^3＋光纤环形腔激光器的输出特性,获得了稳态条件下激光器输出功率、阔值泵浦功率和斜率效率的解析表达式．分析了泵浦光波长、泵浦功率、Er^3＋光纤掺杂浓度、输出端耦合器分光比等的影响,推导了在特定输出波长处获得最大输出功率所需最佳掺Er^3＋光纤长度的解析表达式。进行了LD泵浦掺Er^3＋光纤环形腔激光器的实验工作,获得了斜率效率10％以上的激光输出。     

一种新型TEA CO2激光器的实验研究

设计了一种新型结构的激光器———双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器。该激光器通过提高脉冲能量输出水平来增加激光输出谱线数目和激光差分吸收雷达可探测的气体种类。它在增大激光器放电时间长度的同时保证了较小的激光器体积,更好地满足了激光差分吸收雷达光源体积小,重量轻,输出能量高的要求。得到激光器输出能量与气体工作气压的关系曲线,获得了激光器内工作气压与输出脉宽关系曲线,发现脉冲宽度大约在50~70ns之间变化,研究了气体压强对激光器输出脉冲峰值功率的影响。     

随机生长误差对双腔型平顶法布里-珀罗滤波器的影响

在光网络中平顶滤波器可以有效地提高信道光检测的快速性和准确性。利用两个法布里珀罗腔间的串联耦合,可以构建出具有平顶透射特性的双腔型法布里珀罗滤波器。采用传输矩阵的方法,研究了随机生长误差对双腔型平顶滤波器透射特性的影响。模拟分析表明,当两个法布里珀罗腔的物理厚度差超过一个纳米时,在透射谱中就会出现两个高度不同的透射峰;解释了实测器件的透射谱中的双峰不对称性;用界面起伏的概念解释了实测滤波器带宽大于理论值的原因。理论分析与实验结果取得了较好的一致。     

直角内圆锥面全反镜折叠腔激光器的输出特性

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光谐振腔的稳定性特别是热稳定性,增加基模体积,改善光束质量,采用直角内圆锥面反射镜作为全反镜,平行平面镜作为输出镜组成新型激光谐振腔.实验结果表明,在圆锥全反镜失调角小于37.3′时,圆锥折叠腔激光器的单脉冲输出能量下降小于5%,且近场输出光斑没有明显变化;经模式仪分析表明,圆锥折叠腔激光近场光强分布均匀.圆锥反射镜折叠具有非常强的抗失调能力,结构简单,便于安装调整,特别适合于恶劣环境下的强激光系统应用.     

宽体液腔Janus-Helmholtz换能器

本文使用有限元方法对宽体液腔Janus-Helmholtz(JH)换能器进行了仿真分析,得出了壳体宽度拓展增量对JH换能器工作性能的影响规律。使用三维建模的方式,分析了连接部分对换能器性能的影响及宽体壳体的的模态,证明了三维建模的必要性。依据仿真优化结构设计了一款宽体液腔JH换能器并进行了湖上测试。最终测试结果与仿真结果有很好的一致性,相较直筒JH换能器其谐振频率降低300Hz,发射电压响应最高可达144dB。     

基于波长调制-直接吸收光谱方法的CO分子1567 nm处谱线参数高精度标定

直接吸收光谱(DAS)可直接测量分子吸收率函数,并通过拟合吸收率函数确定待测气体参数.波长调制-直接吸收光谱(WM-DAS)在DAS基础上,结合了波长调制光谱(WMS)中谐波分析思想,利用傅里叶变换复现吸收率函数,可有效提高吸收率函数的测量精度.本文利用WM-DAS方法结合长光程气体吸收池,在室温低压条件下,对CO分子1567 nm处R5-R11近红外弱吸收谱线吸收率函数进行了精确复现,其拟合残差标准差低至3×10^-5,随后根据测得的吸收率函数对谱线的碰撞展宽、Dicke收敛以及速度依赖的碰撞展宽系数等光谱参数进行了高精度标定,并将其与高灵敏度的连续波腔衰荡光谱(CW-CRDS)测量结果进行了比较,实验结果表明该方法与CW-CRDS测量结果具有高度一致性,更具有系统简单、测量速度快、对环境要求低等优点.     

绝缘环打火研究

绝缘问题是高电压、高场强器件和设备中不可回避的问题,是决定器件、设备运行参数和稳定性的重要因素。针对一台直线感应加速器调试中出现的加速腔绝缘环在带束负载情况下的真空沿面闪络现象,进行了分析和研究。分析表明,在排除设计、材料、加工、洁净和真空度等常规异常因素后,导致绝缘环真空沿面闪络的可能因素是电子在绝缘环表面的吸附和累积,绝缘环上累积的电子来源和加速器中加速、传输的电子束的丢失有关。从加速腔工作状态出发,分析绝缘环表面积累电荷和丢失电子束的相关途径,进而提出相应的技术措施,以提高加速腔运行稳定性。     

1.3 GHz超导腔磁通排出效应研究

设计并搭建了一套高精度的磁场测量和补偿系统,并结合中国科学院高能物理研究所(IHEP)的2K超导腔垂直测试平台对1.3 GHz单加速间隙超导腔的磁通排出效应开展了实验研究:利用研制的磁场测量和补偿系统能够精密地测量超导腔赤道位置磁场,并能够将磁场补偿至小于5.0×10-8 T;并对超导腔不同表面温度梯度下的磁通排出效应进行了测量分析;对钉扎了磁场的超导腔进行了射频性能测试,研究了超导腔电阻对磁通钉扎的敏感度,以及在不同电场梯度下超导腔的表面电阻变化情况。结果表明,研制的高精度磁场测量和补偿系统能够满足超导腔磁通排出研究的需求;高的超导腔表面温度梯度有利于磁通的排出;磁通钉扎电阻的敏感度随着加速电场梯度的增加而增大,导致超导腔的性能下降。此实验研究也为后续超导腔的研制奠定了一定基础。     

基于图像处理的光学谐振腔自准直研究方法

针对我国氧碘化学激光器输出能量不断提高的情况下,主要限制光束质量的因素之一是出光过程中的光腔失调,提出了一种基于图像处理的光学谐振腔自准直研究方法。该研究方法利用氦氖穿腔光通过凹腔镜中心孔,并在凸腔镜后方放置工业相机,在屏幕上方形成一个干涉同心圆环。通过借助OpenCV库中二值化、霍夫圆检测等图像处理的方法,获得干涉同心圆环的圆心坐标,再通过以圆心为中心将图像分成上下左右四个部分,通过判断这四部分亮点像素的数量差值来预估干涉同心圆环的偏移状态,进而获得空腔条件下光学谐振腔发生变化的理论判据。实验结果表明,该方法可以获得相当精准的光学谐振腔失调判据,其失调判据选取左右亮点像素差值30000,上下亮点像素差值45000,为今后失调判据与步进电机自动调腔的结合做好充足的准备。     

ZnS Nanospheres for Optical Modulator in an Erbium-Doped Fiber Laser

Zinc sulfide (ZnS), which belongs to transition metal monochalcogenides, is a semiconductor material with wide direct band gap. It can potentially show some special applications (such as luminescence, phosphor, sensors, infrared window materials, photocatalysis) by changing the morphology, size, and crystal structure of semiconductor materials. However, ZnS nanospheres have not been studied as optical modulators until now. Herein, ZnS nanospheres are synthesized by the hydrothermal method and are used to realize optical modulators in an Er-doped fiber laser. The evanescent field effect is utilized to incorporate the ZnS nanospheres on a tapered fiber. Furthermore, with the increase in pump power, the modulation interval gradually decreases to a minimum of 34.36 ns corresponding to the modulation frequency of 29.1 MHz, which is the highest modulation frequency to our knowledge in a ring cavity all-fiber laser. These results demonstrate ZnS nanospheres together with the interaction of dispersion and nonlinearity in optical fibers can modulate the proposed lasers. This not only provides a new method for controlling the power and frequency of all optical modulators, but also marks an important step for ZnS materials in optics research and device applications.