共焦腔增强的空气拉曼散射

拉曼光谱是一种无损、快速的物质成分分析和检测方法.由于拉曼信号强度微弱,使得拉曼光谱的检测应用受到极大的限制.针对增强拉曼散射信号强度、提高检测灵敏度这一问题,设计了一种用于自发拉曼散射信号增强的共焦腔样品池,开展了基于该共焦腔的空气拉曼散射信号增强研究.共焦腔的腔镜反射率为92%,这一设计在保证共焦腔通带宽度与激光器线宽匹配的同时能有效地降低共振调节难度.实验中采用0°探测构型收集拉曼信号,并由成像式拉曼光谱仪获取光谱信号.实验发现,在共振状态下,共焦腔的耦合效率达到87.5%,单向激光功率实现约11倍放大;与无共振腔相比,共焦腔对拉曼信号实现17倍放大,信噪比提高2倍.此外,空气中CO_2的3σ检测限达到200 ppm量级.结果表明,该系统对自发拉曼散射信号增强效果显著,并且有较高的检测灵敏度.

圆镜共焦腔激光横模的传输矩阵法模拟和分析

共焦腔是一般稳定腔的特例,由于等价性,共焦腔中自再现模的振幅分布、损耗和光斑尺寸常常被用于讨论一般稳定腔。为了分析具有大菲涅尔数的圆镜共焦腔,本文利用传输矩阵方法对腔模进行计算和讨论。研究结果表明:传输矩阵方法的结果与Fox-Li积分迭代法的结果一致,并且传输矩阵方法实用于大菲涅尔数共焦腔。

共焦腔模失配对腔内功率和腔精细常数的影响

本文根据高斯光束空间传输场强表达式，与多光束迭加原理，计算了不同腰斑半径的高斯基模（ＴＥＭ＿ｏｏ）注入共焦Ｆ－Ｐ腔时，腔内功率和腔精细度随共焦腔离焦量的变化关系。绘出了腔扫描时的透射峰曲线。在计算中考虑了附加相移的影响。结果说明注入光腔的腰斑半径与腔模腰斑匹配愈好，离焦量对腔内功率影响愈小。

基于共焦腔的激光器纵模测量实验装置

根据谐振腔的理论,利用共焦腔扫描干涉仪,制作了激光器纵模测量装置,使用该装置可以演示和简单测量He-Ne激光器的纵模.

对称共焦腔激光器横模光场分布的仿真研究

对方形和圆形腔镜对称共焦腔的横向光场分布进行了仿真研究,能够模拟任意横模的横向光场分布,而且能够对不同横模混合后的横向光场分布和光腔中的行波场进行模拟,并绘出光强分布和振幅分布的二维或三维图形。编写了简明的用户界面,能够选择腔镜类型、光腔参数、仿真对象等,使激光器横向光场的仿真可视化、简单化,有助于学生理解和掌握激光器横模的光场分布规律。

一维VRM非轴对称虚共焦腔谐振模的计算

基于快速傅里叶变换，提出了等效空间频谱传输法并计算了一维变反射率镜（１ＤＶＲＭ）非轴对称虚共焦腔板条激光器的谐振模，与均匀反射率镜（ＵＲＭ）和二维旋转对称变反射率镜（２ＤＶＲＭ）非轴对称虚共焦腔作了比较。在计算中考虑了腔的非轴对称性和激活介质的增益饱和特性。数值计算结果表明。

对称共焦腔激光器横模的计算机仿真

利用Fox-Li数值迭代法对方形镜和圆形镜形状的对称共焦腔的横向稳定场分布进行了仿真研究,给出迭代任意多次后的光场振幅分布和相位分布。另一方面,从理论上分析了方形镜和圆形镜对称共焦腔的横模场分布规律,并绘出光强分布的二维和三维图形。最后设计了简明的图形用户界面,能够选择腔镜类型、光腔参数等,使激光横模仿真更加简单直观,有利于对激光横模理论的深入理解。

圆镜共焦腔低阶模及其类基模参数的计算方法

本文介绍了各轴对称低阶模的光斑半径,光强及光能的计算方法,并给出了它们的归一化曲线。对于以基模为主同时又包含有少数几个低阶模的类基摸,定义了多模系数,计算了简单多模系数,并推导了测量多模系数的实用公式。

虚共焦腔中存在会聚球面波的实验证明

文献［１］认为会聚球面波不满足自再现条件，即腔内不存在稳定的会聚球面波。本文用实验证明了在虚共焦腔中存在会聚球面波，并得到了稳定的会聚球面波输出。

基于H-S波前传感器的正支共焦腔准直技术研究

采用H-S波前传感器对非稳腔进行了实验调腔技术研究,指出了正支共焦腔调腔的原则,以输出光束近场强度和相位分布这一双重依据作为谐振腔是否调好的标准。进行非稳腔调腔时,首先应当保证整个光路共光轴使输出强度分布均匀,但此时光束中可能还包含离焦等高阶像差,因此在腔外用Hartmann-Shack波前传感器进行光束相位测量,得到了35阶像差Zernike系数、波面PV和RMS值,进一步计算得到环围能量曲线等,从而可以全面了解输出光束质量并能有针对性地对光腔进行调整,达到较理想的光腔共轴状态。

自成像共焦腔相干合成空间滤波器设计

理论分析了利用自成像共焦腔实现激光列阵相干合成的物理模型,对自成像共焦腔的一维相干合成和二维相干合成进行了模拟仿真计算,得到腔内场的强度分布图样.在此基础上,研究了空间滤波器在相干合成中实现模式选择的机理,并讨论滤波器的设计对相干合成及模式选择的影响,分别对一维相干合成和二维相干合成的情况,仿真计算了输出功率与滤波器位置和宽度的关系,为实验提供了理论依据.

自成像共焦腔一维光纤激光阵列相干合成的实验研究

利用自成像共焦腔,开展了一维光纤激光阵列相干合成的实验研究,实现了掺Yb^(3+)双包层光纤激光阵列的相位锁定,得到了基于一维光纤激光阵列自成像共焦腔的远场强度分布图样。根据其数学模型及理论计算,合理选择了空间滤波器宽度,验证了空间滤波器在合成激光不同位置对不同相干成分模式所引入的损耗抑制作用,从实验上证实了空间滤波器在相干合成中实现模式选择的机理。

共焦腔稳定性突变的分析

光学谐振腔是现代光学的基础性器件.本文从最常见的共焦腔出发,分别从代数解析和几何拓扑的角度解释了其稳定性随参数变化而发生突变的现象,给出了突变的数学原因和物理原因.从数学的角度看,共焦腔稳定性突变是因为反三角余弦函数的函数值在传统的定义域以外由复数向实数的突变;从几何拓扑的角度看,根据光线在腔内的传播路径定义拓扑荷,由于只有拓扑荷为零的腔是稳定的,且拓扑荷的变化是量子化的,因此共焦腔的稳定性发生突变.并根据其突变原因设计由双非稳腔组合的耦合腔,重新构建拓扑荷,实现了新的稳定腔,并且在其中发现了单腔中没有的新模式.

拉曼直角反射共焦腔检测空气中二氧化碳

拉曼光谱作为一种激发光谱,采用激光作为激发光源,在气体检测中可以激发所有气体分子的拉曼信号。由于气体的分子密度低、透光度高、拉曼散射截面小,导致激发光能量的利用效率低;拉曼信号散射向四周立体空间而常规收集方法只能收集较小的空间立体角,从而造成检测限较差而不能广泛应用于气体的检测。提出了一种拉曼直角反射共焦腔用来提高气体等透明样品的拉曼检测的检测灵敏度。拉曼直角反射共焦腔利用直角反射镜将入射光反射回原方向但是光路具有空间偏移的特点,采用两个相对放置、互相平行的直角反射镜,将光束直径为0.7 mm的激光在工作直径为25.4 mm的共焦腔内10次来回反射,并采用共焦点相对放置的两个透镜将激发光聚焦到焦点,从而提高激发光能量的使用效率。拉曼散射向激光传输方向的信号被直角反射镜反射向原方向,经过透镜聚焦到焦点后和拉曼散射向激光入射方向的信号一起经过长通滤光片后传输向拉曼光谱仪,从而提高了拉曼散射信号的收集效率。以空气作为测试对象进行实验,300 s内可以获得清晰的CO 2的拉曼光谱和N 2,O 2的精细拉曼光谱并对其强度比进行了分析,其中N 2的2332 cm-1,O 2的1557 cm-1,CO 2的1388 cm-1的拉曼峰的峰高比是785∶257∶1。拉曼直角反射共焦腔在常规拉曼散射激发收集光路的基础上增加了两个直角反射镜和一个聚焦镜,具有体积小,结构简单,易于调节的特点。拉曼散射向周围空间的信号强度分布与入射光的入射方向有关,在沿入射光方向及其相反方向散射信号强度最大,拉曼直角反射共焦腔设计的收集散射信号的角度与散射信号强度分布最强方向一致,并且利用了光学景深的优势,最大化的提高了拉曼散射信号收集效率。拉曼直角反射镜腔可以拓展拉曼光谱技术在气体检测中的应用,例如用于气相化学反应的原位监控、发动机燃烧过程及排放物检测、未知污染物气体分析等气体成分复杂的领域。

方形镜对称共焦腔激光模式的数值模拟研究

根据方形镜对称共焦球面镜腔自再现模的表达形式,本文运用数值计算方法,计算了不同阶次的自再现模的振幅分布和强度分布。研究表明,计算结果清晰明了,展示了自再现模振幅和强度的空间分布;图样直观、形象,有助于分析激光振荡模式的场振幅分布和强度分布的特征。

虚共焦腔选模及其在激光照射器上的应用

虚共焦腔具有极好的横模鉴别能力，可以实现基模输出，其模体积大而均匀，激光输出近场不烧孔，远场中心亮斑色全部能量的８４％，其发散角近于衍射极限，在照射器上尤为适用。

共焦腔产生光振荡的模式

本文根据衍射公式，应用Ｈｅｒｍｉｔｅ－Ｇａｕｓｓ函数的性质．讨论共焦腔产生的光振荡的模式，给出几个低阶模相对光强分布的表式．

圆形镜共焦腔中基模及高阶模的MATLAB设计

光学谐振腔中自再现模形成后腔镜上的横向场分布特征可由菲涅尔-基尔霍夫积分公式来描述,当腔中的菲涅尔数足够大时,菲涅尔-基尔霍夫积分公式可借助高斯近似进行简化。引入拉盖尔-高斯近似,借助MATLAB计算软件,对圆形镜共焦腔中的基模及高阶模式场分布特征进行理论描述和数值仿真,得到腔镜上横向场分布的模式及场分布特征,加深了对共焦腔中基模及高阶模模式特征与场分布特征的理解。

圆镜共焦腔模式理论研究

共焦腔是一般稳定腔的特例,由于等价性,共焦腔中自再现模的振幅分布、损耗和光斑尺寸常常被用于讨论一般稳定腔。文章主要研究圆镜共焦腔的模式理论,首先根据共焦光学谐振腔的稳定性,应用研究光学谐振腔的矩阵方法;再从模式理论出发,研究圆镜共焦腔的自再现模基模和常见高阶模,并对圆镜共焦腔中行波场的分布加以描述。

正支共焦非稳腔的失调特性实验分析

在理论分析基础上,采用Hartmann-Shack(H-S)波前传感器方法实验分析了无源正支共焦非稳腔失调后输出光束像差特性。结果表明,腔内倾斜像差对光束强度分布有显著的影响,约1′的腔内倾斜即可使强度分布呈现明显不均匀,并使相位中的倾斜像差Zernike系数增大。但小的腔内倾斜像差不会使波面中的高阶像差发生明显变化,当引入较大的腔内倾斜时相位中的离焦、像散等高阶像差则有所增大。大菲涅耳数,且腔长较长的非稳腔对于离焦像差有一定的容限度。因此,在进行腔内像差自适应校正时,应首先考虑腔内倾斜像差的校正。