双纵模热稳频激光源的模糊PID控制研究

为了满足激光拍频干涉仪所需要的高的频率稳定性的激光光源,研究了双纵模热稳频的机理。以控制激光管放电电流为主要热控制方式及自创的对激光管进行感应加热作为微量控制的先进方法为控制手段,采用模糊控制理论与专家系统相结合的控制策略,建立模糊PID控制器,对双纵模激光源进行稳频。无须建立被控对象数学模型,对时滞、非线形和时变性具有一定的适应能力。实验结果显示,稳频精度无明显变化,但预热时间明显缩短,抗干扰性明显增强,强干扰后也能迅速稳频。

LD泵浦的全固态激光器的单频实现方法

由于“绿光问题”的存在,使得全固态腔内倍频激光器的应用备受限制。本文详细分析了用单纵模法实现全固态腔内倍频激光器单频输出的各种方法和实验装置。

全固态多模绿光激光器腔内倍频KTP晶体热效应

为解决百瓦级绿光激光器腔内倍频非线性晶体的热效应问题,以解析分析为基础,研究了谐振腔内多模振荡状态下非线性晶体的温度场分布。通过对激光谐振腔内非线性晶体工作特点的分析,建立了腔内多模倍频方形KTP晶体的热分析模型,给出了归一化的多模光束分布表达式。利用热传导方程,得到了多模倍频方形非线性晶体温度场的一般解析表达式。同时分析了腔内基波功率、多模光斑半径对非线性晶体温度场的影响。研究结果表明,若腔内基频光功率为500 W、束腰半径为200μm的多模光束辐射到方形KTP晶体时,晶体内的最高温升为83.14℃。研究对于减少百瓦级绿光激光器腔内倍频晶体热效应引起的相位失配,提高百瓦级绿光激光器输出功率起指导作用。

双纵模稳频He-Ne激光器工作机理及误差分析

为深入分析双纵模稳频氦氖激光器的稳频机理和精度误差，本文提出了双纵模产生的必要条件：内腔型激光器和谐振腔长在100～300mm之间。按照激光器的工作过程，稳频分为三个阶段：跳模、过渡阶段，模式稳定。结合激光原理和热力学理论，根据光电探测器的电压变化，阐述了稳频机理。拍频实验结果表明，激光器的频率稳定度高达5×10^10。通过误差分析，确定稳频精度仅取决于腔长的变化量，且增加腔长，有助于增加频率稳定度。该方法锁定时间短。

基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统

提出一种基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统,将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂效应,使激光器变成了频差可调的双频激光器。运用频率分裂、模竞争、双纵模功率调谐等激光物理效应和设定浮动阈值,研制了新型的激光器纳米测尺。以激光波长为尺子,具有可溯源性,在没有任何电细分的条件下达到了纳米量级的分辨率,与激光干涉仪的比对实验表明,该系统的分辨率为79nm,量程为15mm,线性度为5.4×10^(-5),标准差为380nm。

连续波激光器腔内倍频晶体半解析分析方法的研究

连续波激光器系统腔内倍频非线性光学晶体吸收基频光辐射产生谐波的同时 ,也会在晶体内部产生非均匀温升 ,引起折射率变化 ,破坏位相匹配条件 ,影响激光器谐波转换效率 解决问题的关键是准确得出晶体内部温度场 由于激光器中激光模式和边界条件的复杂性 ,无法得到温度场的解析解 利用半解析热分析方法得出了晶体工作在TEM0 0 模式下产生的温度场计算公式 ,分析了对温度场分布的各种影响

高测速双纵模双频激光干涉仪系统的研究

以合适频率的高稳定度电子振荡器信号分别与双纵模热稳频双频激光干涉仪输出的频率过高的测量和参考信号混频,将信号载波频率降至计数器允许频率范围内,得到全交流的高测速双纵模双频激光干涉仪系统。本文给出了高测速双纵模双频激光干涉仪系统光路框图和信号处理框图,并给出了振荡器频率选择的基本公式。所研制系统纵模间隔约728MHz,计数器选用最大允许计数频率10MHz的82c54,振荡器为频率为723MHz的JE0723型介质振荡器。在3m激光测长机上的实验证实:系统分辨率为0.32μm时,最大允许测量速度可达1300mm/s,能满足各种高速运动设备的检测及标定需求。

激光热稳频光源的自适应控制

双纵模激光源预测控制利用热稳频系统在预热过程的特征自组织建模,并引入自适应改进模型误差。建模采用非参数化,预热平衡后,由8098给出加热或散热阶跃控制信号,经噪声处理得其阶跃响应曲线,以自组织预测控制算法实现激光器的双纵模热稳频。自适应采用间接算法,即在稳频过程以系统施加的控制量及控制结果,通过最小二乘法不断估计系统模型,按一定学习速度改进模型,得到较完善的控制效果。

双纵模激光器的热稳频控制系统的研究

介绍了双纵模热稳频控制系统的构成、原理及系统建模,并引入自适应算法提高稳频精度,缩短稳频时间,经实验验证,证明该系统对双纵模激光器的热稳频控制是实用的。

石油机械大尺寸零件精密测量装置研究

研究了一种可用于工业现场进行大尺寸零件精密测量的装置。该装置以有高稳定性和强抗干扰能力(室外时频率稳定性可达10-7)的双纵模热稳频He—Ne激光器为光源,其拍频频率约为790MHz,拍频波长λ约380mm,拍频波长为测量基准;以拍频波节点为对准标志,最邻近节点到被测点的尾数间距x1,x2用组合于同一光路中的分系统激光干涉仪测量,分辨率为0.08μm的方法来进行大尺寸L的测量。测试表明,此装置具有很好的环境适应性和同类仪器中最高的频差稳定度。整个测量系统可在0～20m范围内工作,测量不确定度优于±30μm/10m。对石油机械大尺寸零件测量的环境性和高精度性研究具有重要意义。

双KTP腔内倍频低噪声绿光激光器

在谐振腔内放置双KTP使其快轴互呈45°角作为复合波片,使其同时具有倍频作用和λ/4波片(QWP)作用,与各相异性Nd∶YVO4共同作用有效抑制了腔内偏振模耦合,获得多纵模低噪声绿光输出。

电压输出型线位移传感器动态检定系统

对电压输出型线位移传感器按ZBY143-83自动检定时,很难同时满足接近测点的方向性及重复定位精度的双重要求。为此研制了动态检定系统,以双纵模双频激光干涉仪提供标准位移,采用微机接口卡高速数据采集处理技术,实现了对量程不超过500mm的传感器的高效自动检定。系统总不确定度不大于2μm,测量速度不大于20mm/s,除被测传感器安装外,全部检测工作完全由微机控制自动完成。

双纵模He-Ne激光单模干涉在大尺寸测量中的研究

采用双纵模热稳频He-Ne激光作为光源,其拍波波长作为测量大尺寸的基准,可实现大尺寸零件的精密测量。在前期研究的基础上利用其两个单模干涉实现整数倍拍波波长被测长度的确定,解决了该段长度测量精度难题,并利用激光单模干涉实现不足一个拍波波长长度的测量。该方法可实现对大尺寸工件几何尺寸的现场测量,并具有较高的精度。

全固化自锁模飞秒Ti∶S激光器实验研究

首次在国内系统报道了以腔内 L BO倍频 Nd∶ YVO4 激光器为泵浦源的全固化自锁模飞秒钛宝石激光器的实验结果 .设计了一种热不敏腔内 LBO倍频线性折叠腔结构 ,获得到了2 5.5%的光转换效率 ,泵浦功率为 2 2 W时得到了 5.6 W的基模绿光输出功率 ;以该激光器为泵浦源 ,在线性 Z型腔的基础上 ,使用了一种能够通过改变腔内凹面聚焦镜折叠角消除象散的方法 ,直接由钛宝石激光器得到了脉冲宽度为 2 2 fs、功率为 3 0 0 m W的光脉冲 .整个激光系统稳定性好 ,噪音明显低于 Ar3 +

一种大范围高精度的光电测量装置研究

为解决大尺寸测量的环境性和高精度性的矛盾问题，介绍了一种可用于工业现场大尺寸零件精密测量的装置。该装置以双纵模热稳频He-Ne激光器为光源，其拍频频率约为729MHz，拍频波长约412mm；以拍频波长为测量基准，拍频波节点（过零点）为对准标志，用粗估的方法获取整数倍拍频半波长的长度，用组合于同一光路中的分系统激光干涉仪（分辨率为0．08μm）测量最邻近节点到被测点的尾数长度。测试表明，此装置具有很好的环境适应性和同类仪器中最高的频差稳定度。整个测量系统可在0～20m范围内工作。测量不确定度优于±30μm／10m。

LD泵浦Nd∶YAG激光器纵模特性及频率稳定性实验研究

为了更好地研究LD泵浦Nd∶YAG激光器的输出光束质量,利用共焦球面干涉仪设计了一套用于测量和分析该激光器纵模特性的简易装置,对该激光器的纵模进行了实验分析。在室温下测得纵模间隔为1.83 GHz,纵模谱线宽度为113.83 MHz。同时利用此装置,对该激光器的频率稳定性进行了分析,在120 s取样时间内,测得频率稳定度为2.94×10-4。

腔内倍频蓝光激光器的稳定性研究

对腔内倍频LD泵浦的Nd:YAG激光器的输出稳定性进行了分析,以二型匹配为例,尽管存在任意多个纵模,当腔内放置1/4波片,论证了当1/4波片的快轴与倍频晶体的E轴夹角为45°时,便可获得稳定的蓝激光输出。并用模简并和光子对易的观点分析了上述方法的物理过程。

三镜折叠腔绿光激光器热特性分析和实验研究

为了提高固体激光器的热稳定性和光斑质量,讨论了LD泵浦三镜折叠腔绿光激光器的热焦距与泵浦功率、激光晶体长度、泵浦光发散角以及泵浦光聚焦位置的关系。利用谐振腔内往返传输矩阵算法,计算了在不同热焦距下,腔内元件不同长度时,其上的基模半径,理论上很好地实现了输出光斑的像散补偿。在532nm绿光实验中,以Nd:YVO_4为增益介质,5mm和10mm KTP为倍频晶体,获得较好的光斑质量和较高的光一光转换效率,最高达17.8%。

基于双纵模热稳频激光源的6D激光测量系统

针对目前数控设备无法实现高速及多参数同时测量的问题,以双纵模热稳频激光源为基础,自主研发了高速6D激光测量系统,不仅允许测速高(可达1.3m/s以上),而且解决了现有5D/6D激光干涉仪未能有效解决的高精度测量滚转角的问题,具有很好的推广应用价值。

1645 nm单纵模NPRO激光器短期频率稳定度的测量

利用光纤延时自外差法对单块非平面Er∶YAG环形振荡器(NPRO)输出单纵模激光的短期频率稳定度进行了测量。激光器输出波长为1645 nm。测量了延时时间分别为0.25μs,0.75μs,1.25μs,1.75μs,2.25μs,2.75μs,5.25μs,7.25μs,9.75μs,108.5μs,166μs的输出激光的自外差拍频信号。设置频谱仪的span为20 k Hz,扫描时间为10 s,Res BW为51 Hz,VBW为1 Hz,测量拍频信号的3 d B带宽。在延时时间0.25~9.75μs范围内,通过线性拟合在不同延时下的3 d B带宽,得到单纵模NPRO激光器的短期频率稳定度为201 Hz/μs。光纤延时长度为21.7 km和33.2 km时,测量的3 d B带宽约为14 k Hz。