激光注入锁定技术压缩线宽的研究

本文采用多模激光振荡的半经典理论,分析了在注入锁定时腔内各纵模与注入信号间的作用关系.用连续的Nd:YAG激光器产生的单纵模激光信号,注入高增益调Q非稳腔激光器中,实现了注入锁定,获得了脉宽为20ns、峰值功率为10.5MW的傅立叶变换极限的单纵模激光输出.

棱镜色散腔XeF(C-A)蓝绿激光线宽压缩

XeF(C-A)蓝绿激光的增益系数较低,仅为0.003cm-1,要获得高能量窄线宽激光输出有一定难度。利用色散元件棱镜开展了高单脉冲能量窄线宽激光输出实验研究,结果表明:采用凹面输出镜的情况下,激光线宽可以压缩到约2.5nm,激光输出能量最大为3.47J;采用平面输出镜,激光线宽压缩到约0.7nm,激光输出能量最大为2.93J,激光光谱调谐范围最大可达到60nm,在460～520nm之间。

XeF(C-A)蓝绿激光线宽压缩技术

利用表面放电光泵浦XeF（C-A）蓝绿激光器开展了激光线宽压缩技术研究,分别采用谐振腔腔镜谱带重叠法和光栅谐振腔法实现了线宽小于10 nm的窄线宽激光输出。采用谐振腔腔镜谱带重叠法,激光输出线宽约7 nm,采用光栅谐振腔法可以将激光线宽压缩到约1 nm,并实现XeF（C-A）激光的可调谐输出,调谐范围为470~495 nm。

内置标准具光栅腔XeF(C-A)准分子激光器的线宽压缩

为了避免阳光背景干扰,针对XeF(C-A)蓝绿激光水下应用需求开展了激光线宽压缩实验以提高信噪比。采用内置标准具的光栅谐振腔开展相关实验。利用光栅腔实现亚纳米级的激光线宽输出,然后在此基础上,通过插入标准具进行更精细的激光线宽压缩实验。利用光栅腔,采用1 200线/mm光栅并提高光栅辐照面积可以实现0.14nm的激光线宽输出。腔内插入反射率为50%的标准具,可以进一步将激光线宽压缩至39pm,激光单脉冲能量约为65mJ,脉冲宽度为1μs。实验结果表明:尽管XeF(C-A)蓝绿激光器的增益系数较低,但是通过优化光栅和标准具的工作参数,对谐振腔光学损耗进行合理的控制,激光器可以实现10pm量级的激光线宽输出。

腔内倾斜标准具法压缩KrF激光线宽的研究

我们对采用腔内倾斜标准具法压缩激光线宽进行了研究，较详细地讨论了影响线宽压缩效果的各种因素。并在一台长脉冲放电泵浦ＫｒＦ准分子激光器上，采用三个标准具作为线宽压缩元件，获得了线宽小于３ＧＨｚ，发散角近似衍射极限的高质ＫｒＦ激光输出。实验中研究了不同光阑孔径及输出耦合率对输出线宽和输出能量的影响。

光泵碱金属蒸气激光泵浦光源线宽压缩的分析

分析了各种压缩光泵碱金属蒸气激光泵浦光源线宽的方法,包括在Littrow结构中使用全息光栅、体布拉格光栅和F-P标准具。分析各种方法的实验装置,比较其取得的成果和优缺点,指出优化方向,为求寻找到一种装置简单,压缩效果显著,同时将功率损耗降到最小的方法提供了指导。

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。

银纳米棒四聚体的法诺共振和线宽压缩

利用有限元方法(FEM)研究了光场作用下由银纳米棒组成的四聚体(silver nanorod quadrumer,SNQM)的法诺共振(Fano resonances,FRs)和谱线线宽压缩现象。SNQM由两个相同纳米棒以上下平行排列方式组成的谐振腔(resonant cavity,RC)和由插入其中的两个相同纳米棒同向排列组成的偶极辐射天线(dipole antenna,DA)所构成,通过RC和DA的等离激元之间相互作用所形成的超辐射和亚辐射模式间相消干涉产生FRs现象。研究结果表明:调整SNQM的结构参数可对FRs的调制深度和共振波长进行调谐,在选取适当的结构参数的情况下可实现增强的窄线宽DA辐射。

相位调制展宽激光的线宽压缩方法研究

单频激光通过相位调制可以进行光谱展宽、提高光纤放大器受激布里渊散射的阈值,从而可以提高光纤放大器的输出功率,但也破坏了单频激光的高相干性;本文根据相位调制光谱展宽的原理公式,提出了进行激光线宽压缩的思路,用于激光放大后恢复相干性能;根据线宽压缩的原理提出了线宽压缩装置的构造,即采用两个相位调制器,一个负责光谱展宽,另一个负责光纤放大后的线宽压缩,并提出了实现线宽压缩的相位差调节和幅度调节的控制条件;限于实验条件不足,本文仅对理论模型进行了分析。

可调谐掺铥光纤激光器线宽压缩及其超光谱吸收应用

可调谐二极管激光吸收光谱技术是一种应用非常广泛的吸收光谱测量技术.利用宽带可调谐窄线宽光源进行吸收光谱测量的超光谱吸收技术可以在单次扫描中获取一段连续光谱的所有吸收数据,可大大提高可调谐二极管激光吸收光谱技术的数据信息容量和光谱诊断能力.分析了在2μm波段对水进行超光谱吸收测量时对激光器输出线宽的具体要求.利用掺铥光纤在2μm波段较宽的发射谱,采用可调谐法布里-珀罗滤波器和光纤可饱和吸收体相结合的技术方案搭建了一台宽带调谐窄线宽的2μm光纤激光器.获得了1840—1900 nm约60 nm范围的调谐光谱输出,激光器静态线宽仅为0.05 nm.利用该光源对空气中水在2μm波段的吸收光谱数据进行了超光谱吸收测量,在1856—1886 nm约30 nm的光谱范围内分辨了35条水的吸收谱线.通过对不同线宽条件下1870—1880 nm范围内的理论吸收光谱数据进行对比发现,测量数据无法有效分辨分别位于1873 nm和1877 nm处与强吸收线相邻的两条吸收谱线,且测量结果与激光线宽在0.08 nm条件下的HITRAN2012光谱数据库最为接近.这表明,在动态扫描过程中激光器的线宽得到了展宽.

用Ⅱ类非临界相位匹配LiB_3O_5对β-BaB_2O_4光参量系统进行线宽压缩

近些年来,对于BaB2O4（BBO）晶体用于光参量振荡（OPO）和参量发生（OPG）与放大（OPA）,已有很多文章进行了研究。由于BBOⅠ类相位匹配（e→o+o）具有最大的有效非线性系统,因此,大多数研究者均采用这种匹配方式。我们用四块BBO晶体进行参量发生与放大,取得了高达42％的系统能量转换效率。 然而,对于皮秒脉冲,这种方式有一个很大的缺陷。

基于片上微腔自反馈注入锁定的窄线宽激光器

对半导体激光器外腔自反馈注入锁定进行了理论分析,研究了片上微腔的自反馈注入锁定对于分布反馈(DFB)激光器输出线宽的影响,分析了决定锁定带宽及线宽压缩系数的关键参数。基于Q值为2.4×10~6的片上Si_(3)N_(4)微腔的后向瑞利散射实现了DFB激光器的自反馈注入锁定,将其输出线宽由自由运转时的556.71 kHz压窄到了92.28 kHz,锁定带宽达到425 MHz。研究结果有助于理解半导体激光器自反馈注入锁定机理,并为实现窄线宽激光器提供了新的结构更简单、集成化潜力更高的方案。

调谐元件色散率对输出激光线宽的影响

建立了棱镜对系统三阶以内色散量的数学模型 ,精确计算了其解析解。

ArF准分子激光器线宽压缩技术

ArF准分子激光器是实现45nm技术节点光刻的主流光源。综述了准分子激光器的研究现状,介绍了主振荡功率放大(MOPA)与种子注入锁定系统(ILS)双腔结构以及主要波长分离元件,着重介绍了深紫外波长区193nm的光谱线宽压缩技术。

光泵浦XeF(C-A)激光技术研究进展

综述了西北核技术研究所在光泵浦XeF（C-A）激光技术研究方面取得的成果,研制的10 J级激光器最大输出能量为18.7 J,总转换效率达到0.25%,在国际上首次实现了XeF（C-A）激光重频运行,运行频率0.1-1 Hz;描述了光泵浦源的结构和供气装置的研制;介绍了在高重频光泵浦源和激光线宽压缩研究方面的最新进展,光泵浦源最高运行频率达90 Hz,XeF（C-A）激光线宽已被压缩到1 nm。

棱镜组合系统色散率的理论计算

采用等光标法建立了二个棱镜组合系统三阶以内色散率的数学模型 。

光窄带滤波器及其在光纤激光器中的应用

单频光纤激光器在光通讯和光传感领域具有广泛的应用前景.采用数值分析的方法求解了基于可饱和吸收体的光窄带滤波器耦合模方程,对影响光窄带滤波器输出响应特性的掺杂光纤的长度、吸收系数和输入泵浦功率进行了理论分析;通过实验验证了构成可饱和吸收体的掺杂光纤长度与光窄带滤波器响应带宽成反比的结论;将光窄带滤波器应用于光纤激光器中,获得了输出激光功率大于1 mW,不跳模时间大于2 h,线宽在百赫兹量级,2 h内的功率不稳定度为0.022 87%的单纵模激光输出.

脉冲染料激光的线宽压缩与测量

设计并自制了一种平行平面腔法布里-珀罗干涉仪,将脉冲染料激光器的输出线宽由4 GHz压缩至340 MHz。采用法布里-珀罗标准具拍照法对激光线型进行实时监测,实现了脉冲激光线型的同步扫描;配合碘吸收谱测量,搭建了经线宽压缩的脉冲染料激光的100 MHz量级的精细波长调谐及标定系统。将该激光系统用于氧化物阴极放电氩等离子体的激光诱导荧光诊断中,验证了线宽压缩系统的可行性,离子速度分布函数的速度分辨率可达200 m/s。

二棱镜系统二阶和三阶色散的理论计算

基于光的色散和棱镜光谱仪的特点,采用等光程方法推导了紧凑累加型二棱镜系统二阶和三阶色散的表达式,并分析具体实例。通过计算机模拟得出二阶和三阶色散曲线,为可调谐激光的线宽压窄提供了一定的理论依据。

腔内倾斜标准具法压缩KrF激光线宽

在一台长脉冲放电泵浦ＫｒＦ准分子激光器上，对采用腔内倾斜标准具法压缩线宽进行了研究．采用平行平面腔结构，在谐振腔中加入小孔光阑以控制横模振荡，并加入０．１ｍｍ空气隙、０．５ｍｍ固体和３ｍｍ固体三个标准具体作为线宽压缩元件，实验中研究了不同光阑孔径及输出耦合率对输出线宽和输出能量的影响．实验获得的线宽小于３ＧＨｚ，相当于线宽压缩一千倍．