基于双色镜光谱合成9.6 kW合成光源

通过光纤激光光谱合成技术,可以打破单个光纤激光器输出功率受非线性因素制约的限制,实现更高功率的激光输出。通过梳理光谱合成技术的发展历程并分析其现状,对其原理及优劣势进行分析,结合自身研究,设计了一款便携式3路合成系统,通过设计及优化光纤激光器的放大结构,严格把控参与合束的子束光源的质量,将1055、1070和1085 nm三路高功率窄线宽光纤激光进行合束,对合成系统中采用的双色镜进行研究,对其膜系指标进行严格的设计,对高陡度截止滤光膜的设计方法以及制备工艺进行分析,对其热损伤规律及控制技术进行研究,优化整个合成系统,最终实现合成功率9650 W的高功率激光输出,合成效率92%,光束质量M2为1.7,并对未来双色镜光谱合成进行了展望。

InGaN基白光LED光谱特征和结温相关性研究

以InGaN蓝光+荧光粉的白光LED为研究对象,在恒定环境温度下改变驱动电流,利用光谱仪测得不同LED结温下的光谱曲线。通过分析实验数据,得出光谱特征与该型LED结温的关系。结果表明:InGaN基白光LED蓝光和荧光的峰值波长与结温没有明显的线性关系;蓝光的光谱线宽以及荧光和蓝光峰值强度的比值与结温具有良好的线性关系。

激光器腔的失调与光束质量

本文第一部分介绍了实际激光器由于腔镜失调引起的光束质量下降：空间强度分布不对称与谱线加宽等实验结果；第二部分给出了失调腔的横向本征模所满足的积分方程。

集成光学陀螺中谐振腔谱宽的研究

无源环形谐振腔是集成光学陀螺的核心敏感器件,环形谐振腔光强传递函数的谱宽,不仅是表征谐振特性的重要指标,更是陀螺灵敏度的重要决定因素之一.根据多光束干涉与耦合模理论,对比研究了集成光学陀螺中波导环形腔内光传输损耗与腔长无关、相关两种情形下,腔长对谱宽的影响,分析得出了在单位长度波导传输损耗确定后,存在使谐振腔具有最窄谱宽的最佳腔长.这一结果,为较高传输损耗波导组成的集成光学陀螺结构设计与灵敏度优化,具有一定的启发作用.

实验不可分辨的Voigt线型重叠谱线的压致展宽线宽的偏差确定

通过仿真和拟合Voigt线型重叠谱线,讨论了将实验上不可分辨的两条谱线重叠后视为单条谱线时所得到的压致展宽线宽与其实际值的相对误差ε,分析了该误差与两谱线的中心位置距离δν0和实际的压致展宽线宽δν0L的变化规律。发现ε在谱线的压致展宽线宽远小于多普勒线宽δνD时显得很大,与δν0和δν0L的变化规律较复杂;当δν0L可与δνD比拟时,ε随δν0的变化趋于呈光滑的二次项函数曲线,但曲线的斜率在δν0L小于δνD情况下为负,而在δν0L大于δνD时为正。整体来说,随着δν0L对总线宽的影响越大,ε越小。所有这些结论和相应关系数据为修正压致展宽线宽的拟合值具有积极的参考价值,并且为进一步从实验上不可分辨的重叠谱线确定精确的压致展宽系数提出了极有意义的方法和思路。

新型解复用接收器件的理论分析及实验研究

报道了本实验室对一镜斜置三镜腔光电探测器的理论分析以及实验研究方面的最新进展。一镜斜置三镜腔结构是一种新型高性能的光电探测器结构 ,其中斜镜的引入使得滤波腔与吸收腔之间解耦 ,因此这种结构的探测器可以同时获得高的量子效率、高的响应速率和窄的光谱响应线宽。在理论分析的基础上 ,利用化学湿法刻蚀 ,在器件集成化的关键工艺———斜镜的制备上取得了突破 ,为最终实现具有该结构的集成器件奠定了基础。

双重滤波扫频光源的研制

扫频光源是目前光学相干层析成像的关键部分,其光谱带宽和瞬时线宽分别影响着成像系统的轴向分辨率和成像深度。在单一滤波器中,这两者相互制约。针对这一情况,提出了一个利用两种滤波器组合优化的扫频光源系统。以双半导体光放大器并联作为增益介质,将声光可调滤波器(AOTF)和法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)串联接入环形腔内进行双重滤波。其中AOTF的调谐范围和瞬时线宽均较宽,FFP-TF与之相反,经同步匹配设置后,两者协调工作,能够发挥各自的优势。通过搭建系统,获得了中心波长为1 316 nm的扫频激光输出,其光谱是1 235～1 380 nm,调谐范围是145 nm,瞬时线宽小于0.02 nm,扫频速度为1.35 kHz,输出光功率为0.48 mW。该扫频光源能够克服单一滤波器的固有缺陷,实现宽光谱带宽与窄瞬时线宽的有效统一,对成像综合性能的优化具有重要意义。

基于双光栅的光纤激光光谱合成关键技术研究进展(特邀)

基于双多层电介质膜(MLD)光栅色散补偿构型设计的光谱合成激光器(SBC)既实现了多路光纤激光高光束质量共孔径合束输出,又降低了单路光纤激光的线宽要求,逐渐成为多纤光谱合成的重要技术途径之一。介绍了基于双MLD光栅光谱合成的基本原理,简要分析了其涉及的关键技术。回顾了高功率可合成窄线宽光纤激光器、高功率高效率短波长光纤激光器、大色散高衍射效率MLD光栅和高集成度密集组束等主要关键技术的研究进展。介绍了中国工程物理研究院应用电子学研究所在基于双MLD光栅光谱合成关键技术研究方面的最新研究进展。对双MLD光栅光谱合成光源的发展潜力进行了展望。

激光器光谱线宽对布里渊光纤谐振腔谐振特性的影响

针对激光器光谱线宽不可能严格为零的问题,在激光相干理论的基础上,采用光波场叠加的方法计算了布里渊光纤谐振腔的循环光强,详细分析了激光器光谱线宽对布里渊光纤谐振腔谐振谱线宽度和精细度的影响,并进一步分析了光谱线宽对谐振腔受激布里渊散射阈值的影响,最后,引入了线宽压缩的概念分析了布里渊光纤陀螺的灵敏度。分析表明,除了耦合器插入损耗外,激光器光谱线宽也是影响精细度的重要因素,具体影响程度与激光器光谱线宽及谐振腔本征谱线宽度间的相对大小有关,受激布里渊散射阈值随激光器线宽的增加而近似线性增加,另外在其他参数相同的情况下,布里渊光纤陀螺的灵敏度比谐振式光纤陀螺高大约三个数量级。本文为布里渊光纤陀螺的光源选择及光路参数的优化设计过程提供了理论依据。

自发发射因子在外腔半导体激光器的模式选择和线宽压缩过程中的作用

本文提出并论证外腔模式自发发射因子急剧减小使模式选择所需的增益差和光场相位噪声皆急剧减小是外腔半导体激光器具有优异的纵模选择和线宽压缩性能同时又具有严重不稳定性的统一的关键性物理根源。

外部压缩半导体激光器光谱线宽的发展现状

本文系统地归纳了从外部压缩半导体激光器光谱线宽的各种方法,介绍了这一研究领域近年来的发展状况。

BaFCl_xBr_（1－x）：Sm^（2＋）系列在77K下的荧光谱线窄化和光

为了寻找能在较高温度下进行烧孔的性能良好的光存储材料。本文研究了ＢａＦＣｌｘＢｒ１－ｘ：Ｓｍ２＋系列的荧光谱线窄化和光谱烧孔现象随组分ｘ的变化规律。随着Ｂｒ加入ＢａＦＣｌ基质，使Ｓｍ２＋的非均匀线宽大大增加，而均匀线宽变化不大，从而实现了高温（７７Ｋ）永久性光谱烧孔，在频畴光存储中，对ｘ＝０．５材料，其存储密度可提高２０倍。

638 nm光栅外腔窄线宽半导体激光器

本文采用反射式全息光栅作为外部反馈元件,设计了638 nm光栅外腔窄线宽激光器。使用高分辨率的光谱分析仪检测了Littrow结构的外腔半导体激光器的输出光谱,并进一步研究了该激光器的阈值和波长调谐特性。实验采用了2400 l/mm和1800 l/mm两种刻线密度的反射式全息光栅进行研究,在120 mA的注入电流下,采用刻线密度为2400 l/mm的光栅外腔激光器的输出功率是45.2 mW,将阈值电流由60 mA降至51 mA,下降幅度为11%;采用刻线密度为1800 l/mm的光栅外腔激光器的输出功率是38.7 mW,将阈值电流由60 mA降至47 mA,下降幅度为24%,光谱线宽均压窄至3.5 pm,且分别了实现了9.4 nm和10.5 nm宽度的波长调谐。实验结果表明,采用反射式全息光栅的Littrow结构用于半导体激光器,极大地改善了半导体激光器的性能。

相干光通信的实用化研究

相干光通信具有很多方面的优点，但其技术复杂，经过十多年的努力，已经进入实用阶段。本文简要论述了相干光通信的最新实用化技术，包括调制技术，窄谱线光源，ＬＤ稳频技术，偏振控制技术。并列举了采用这些实用技术的相干光通信系统。

谱线线型对双光干涉的影响

考虑实际光源所发出的谱线的几种基本线型:洛仑兹线型、高斯线型和综合加宽机制下的综合线型的双光干涉.导出了这几种线型的谱线的双光干涉强度和反衬度公式,揭示了不同谱线线型双光干涉强度和反衬度随光程差、谱线宽度的变化规律.研究表明,常规的根据平顶型线型反衬度为零对谱线相干长度的定义对实际的线型仅是近似的;在考虑取一定反衬度误差的条件下,给出采用平顶型这一近似的模型代替实际谱线的判据.

马赫-曾德尔干涉仪频谱特性及入射视场展宽技术研究

马赫-曾德尔干涉仪(MZI)具有光学能量利用率高、便于视场展宽等优点,在光学滤波、鉴频等方面具有广泛的应用。然而,在实际应用中MZI频谱会受到各种因素的影响而导致性能下降。从理论上导出了在考虑入射光发散角2θ_(0)和谱宽Δν的影响下,MZI干涉频谱的理论表达式,并定量分析了其对MZI频谱的影响。结果表明:MZI的光程差l越大,其频谱受Δν的影响越显著,l与入射光波长λ比值越大,其频谱受θ_(0)的影响越显著;当λ=355 nm,l=3 cm时(第1种情形),Δν=10 GHz和θ_(0)=4.5 mrad将分别使条纹对比度K降至2.8%和16.3%;当λ=532 nm,l=59 cm时(第2种情形),Δν=0.5 GHz和θ_(0)=1.25 mrad将分别使K降至3.2%和15%。为减小发散角的影响,从理论上进一步研究了棱镜式视场展宽技术。结果表明:若补偿棱镜厚度d和折射率n满足d=nl/(n􀀀1),对应第1种情形,θ_(0)=50 mrad时K仍高于93.1%,θ_(0)=70 mrad时K将降至33.3%;在第2种情形下,θ_(0)=25 mrad时K仍高于94.0%,θ_(0)=35 mrad时K将降至37.6%。若d依据不同θ_(0)取不同最优值时,在第1种情形下,θ_(0)=70 mrad时K仍高于92.1%;而在第2种情形下,θ_(0)=35 mrad时K仍高于94.4%。

基于气体吸收谱线宽度的温度检测方法

本文提出一种用于温度传感的气体吸收谱线宽度检测方法,该方法基于比尔-朗伯定律中气体吸收谱线宽度与温度关系,以特征线宽代替半高全宽(FWHM)进行线宽的测量.研究气体所处环境的温度改变对气体吸收谱线宽度的影响.以乙炔气体为例,在0~90℃的温度范围内,测量了其5条较强吸收谱线的特征线宽变化情况.特征线宽测量值标准差<0.6 pm,温度分辨力<2℃,稳定性好.此方法有效避免了光源功率的波动对特征线宽测量的影响,提高了线宽测量的准确性,该方法应用于气体温度测量具有可行性.

光谱线宽与中心波长可同时调谐的高功率光纤激光实现3 kW输出

光谱灵活可调的高功率光纤激光在光谱合束、光声光谱检测和非线性频率变换等方面具有独特优势,近年来受到国内外研究人员的广泛关注。基于光谱灵活可调的超荧光光纤种子源,通过主振荡功率放大器结构实现了光谱中心波长1065~1085 nm可调谐、3 dB线宽2.4~13.8 nm可调谐的3 kW光纤激光输出。

微型光波导陀螺用半导体光源线宽特性研究

微型光波导陀螺中光源线宽影响系统的分辨率和灵敏度 ,通过理论分析和实验 ,把光栅周期变化 量子阱 分布反馈 (CPM MQW DFB)

被动型氢原子钟原子跃迁谱线测试与分析

被动型氢原子钟的原子跃迁谱线特性决定了其稳定度指标。为使其稳定度指标达到最优,通过设计数字式测试电路对氢原子钟物理部分进行探测,获得了不同参数配置下的原子跃迁谱线,并通过数据处理分析其信噪比、增益和线宽等特性,提出了一种参数优化方案,为原子钟闭环参数设置提供了依据。