正交偏振激光角度测量技术综述

机械导轨运动副滚转角的高精度测量一直是一个难题。研究了很多光学方法,但由于其角位移方向正好垂直于探测光束,所以仍没有得到很好的解决。利用激光偏振面对旋转的敏感性,通过测量由此引起的正交偏振激光光强、相位或频差的变化,可有效地解决滚转角的测量问题。介绍了目前国内外基于正交偏振激光的滚转角测量技术,根据其测量原理分为光强差测量、相位差测量和频率差测量三类。对每种测量方法的原理和发展现状进行了评述,比较了各种方法的优缺点,讨论了其发展趋势。

正交偏振激光回馈干涉仪稳定性提高方法研究

激光回馈技术灵敏度高,并且无须配合靶镜就能够测量诸如黑色、粗糙的目标的位移或形变。为了消除环境(气压、地基震动、温度漂移等)对测量精度的影响,设计、构建了稳定的微片正交偏振激光器,采用半导体激光器泵浦微片;搭建了包括光学、电路的完整的正交回馈干涉仪系统,系统工作稳定,实现了远距离处测量。这一系统能有效地减小环境对测量的影响,提高激光回馈干涉仪的精度。

Y型腔正交偏振激光器的模竞争和光强调谐特性

建立了Y型腔正交偏振激光器光强调谐实验系统,通过改变非共用腔腔镜上的压电陶瓷电压来改变分裂频差,通过改变共用腔腔镜上压电陶瓷电压实现共用腔调谐。报道了不同分裂频差下共用腔调谐过程中激光器的光强调谐曲线和相应的拍频变化曲线。采用三阶微扰近似下的兰姆半经典气体激光器理论,较为全面地分析和总结了影响光强调谐规律的各种因素及影响机理。理论分析表明在采用氖双同位素的Y型腔正交偏振激光器内,纵模的单程损耗、单程增益、相邻纵模间的分裂频差等因素通过光强的自洽方程影响纵模竞争的强弱及竞争结果。总结了不同频差下的光强调谐和拍频变化规律,并对其进行了理论分析与解释。

Y型腔正交偏振氦氖激光器及其基本特征

研制了基于Y型腔结构的正交偏振氦氖激光器,介绍了该激光器的基本结构和基本原理。实验研究了该激光器的输出光模式、输出光功率、输出光频差调谐特性和频差闭锁特性。通过改变共用段反射镜上压电陶瓷的电压,观察了激光器闭锁状态时两偏振光光强随着总腔长调谐变化的规律,并分析了闭锁状态下不同偏振态纵模之间的相互作用机理。与以往产生双频激光的方案进行对比,分析了Y型腔正交偏振氦氖激光器的特点,给出了其在频差稳定性方面的优势和制约因素。实验结果表明,利用Y型腔结构可以实现氦氖激光器的频率分裂,激光器最大输出功率约为235.2μW;通过调节共用段反射镜上压电陶瓷的电压可以线性调节激光器的输出频差;实验中激光器的频差为22～1 018MHz,闭锁阈值频差约为22MHz。

正交偏振双频激光拍频检测的研究

采用扫频外差法和快速傅里叶变换(FFT)相结合的解调方式,实现了一种宽带、检测精度高、性价比高且能进行实时分析的拍频检测仪,可实现800 MHz到1 300 MHz范围内的拍频信号的实时检测,检测分辨率为10 kHz,检测精度可达100 kHz。

正交偏振双色激光场作用下生成的孤立阿秒脉冲

我们理论研究了正交偏振双色激光场作用下的高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生.当y方向加一束中红外激光脉冲(12.5 fs/2000 nm),x方向加一束强度较弱的激光脉冲(12 fs/800 nm)时,我们得到从250 eV到350 eV的超连续谐波平台,在平台范围内叠加50 eV的谐波,可以得到一个脉宽约为97as的孤立阿秒脉冲.通过时频分析,我们解释了高次谐波发射的物理机制.

正交偏振双色激光场作用下高次谐波的椭偏特性研究

通过数值求解二维含时薛定谔方程,理论研究了正交偏振双色激光场作用下H2+分子高次谐波发射和孤立阿秒脉冲的产生.数值结果显示,改变激光场的强度比,可以调控高次谐波强度以及谐波椭偏率.结果表明随着场强比的增加,y方向的谐波强度不断提高.当场强比为1:2.5时,x方向和y方向分别仅有奇次谐波和偶次谐波产生,并且偶次谐波的强度比奇次谐波强度高2-3个数量级.此时,奇次谐波的椭偏率最大可以达到0.3,偶次谐波的椭偏率接近于0.此外,通过改变分子的准直角可以控制谐波的椭偏率,基于这一现象,利用椭圆偏振高次谐波的平台区合成了椭偏率为0.05的椭圆偏振阿秒脉冲链.

在正交偏振双色激光场中原子电离过程的理论研究

基于非微扰量子电动力学的频域理论,研究了原子正交偏振双色激光场中的电离过程。研究表明,在两色低频激光场中,两束激光场在电离过程中起了相同的作用。在低频和高频双色激光场中,电离谱呈现出多平台结构,并且两束激光场起了不同的作用,其中低频激光场决定每个平台的宽度,高频激光场决定原子的电离几率。该研究可为原子在正交偏振双色激光电离过程的实验研究提供科学的理论依据。

一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的基本特性研究

为了提高Y型腔正交偏振氦氖激光器的输出光特性,对激光器的腔体结构、增益区光路以及偏振分光片的加工工艺进行改进,研制出了新型一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器。介绍了该激光器的基本结构和工作原理,实验测试了激光器的输出光模式、输出光功率、频差闭锁特性和频差稳定性。与先前分立式结构的Y型腔正交偏振激光器相比较,详细分析了改进后的激光器的优势,特别指出了其在频差稳定性方面的提升。实验结果表明,利用一体化Y型腔结构可以实现激光器的频率分裂;通过调节P子腔反射镜上压电陶瓷的电压,可以线性调节激光器的输出频差;相比于分立式Y型腔激光器,一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的输出光功率提高至647μW,频差闭锁阈值降低至12 MHz,频差范围提高至12~1038 MHz,频差稳定性提高至1.2×105Hz。

回馈中的若干激光物理效应

文中将两个激光物理概念"激光回馈效应"和"正交偏振激光"交叉结合,并向"纳米干涉技术"应用渗透产生新的结果。"激光回馈效应"(又称激光自混合效应)是激光器的十分重要的物理现象,当激光器输出光束被前进路程上的反射面反射回激光内部时,这一现象总要发生。"偏振"也是大多数类型的激光器输出光束的特性。腔内有量子阱、布儒斯特窗、双折射元件等偏振机制或元件时,激光器必是偏振输出。即使无此类元件,大多数类型激光器输出的每一个纵模(频率)也都是线偏振的,且相邻的两个纵模经常是正交偏振的。作者课题组发展了新类型的 HeNe 和 Nd:YAG 微片激光器:正交偏振激光器(双折射双频激光器)输出两个模(频率),模间隔可调且偏振态垂直。作者意识到,模(频率)间隔的改变(特别是很小的间隔)导致模竞争强度改变。还认识到,正交偏振特性正好可利用来研究这种改变:可用偏振分光镜将正交偏振激光束中的两正交模分开,以研究每个偏振态各自的特性和它们之间的相互作用。在研究之前,人们对外腔调谐的研究都是用一个反射镜将激光输出的光束的全部纵模(频率)反射回激光器。这就意味着不区分纵模多少及其间隔大小,不区别激光输出的偏振状态,不顾及激光频率之间的竞争。如果说以往是站在激光器外头研究回馈,研究是进入激光器内部研究回馈:由偏振器件将两正交偏振频率分开,研究每个偏振频率的回馈行为,研究它们之间的相互影响。作者课题组取得的主要发现点包括:(1)设计了(单模激光器腔调谐+PBS分开正交偏振两成分)的方法研究激光器模间作用、光强改变及偏振特性。(2)双折射双频激光器、M3弱反射并调谐:o、e 光强度曲线均为类正弦;两频频差小于200 MHz 时,o、e 曲线的位相差随频差变大而减小;两频频差大于200 MHz 时,o、e 曲线位相差为相对腔长和相对频率分裂量的乘积。(3)双折射双频激光器、M3中等反射率并调谐:o、e 光强度总是反向变化;一周期分为缓交换区和快交换区;两个等光强点:缓区的高于快区的。(4)单纵模激光器,M3高反射并欠准直,M3调谐:M3每位移λ/80,光强变化一个周期,即生成了纳米光条纹。(5)单纵模激光器,M3高反射并欠准直,M3调谐:M3每变向一次激光偏振态旋转90°—次。(6)外腔内有λ/4片、M3调谐:光强调制曲线倍频,即外腔长每变化λ/4,光强变化一个周期;曲线类似正弦全波整流;如波片快轴与光偏振方向平行或垂直,相邻周期偏振态正交;如波片快轴与激光器偏振方向夹45°角,偏振态不因 M3调谐而变。(7)波片置外腔、M3调谐,强度曲线上一种偏振态占据宽度和一个周期宽度之比等于双折射元件位相延迟。(8)双折射一塞曼双频激光器,M3调谐:单偏振回馈,o、e 光强调制曲线都为类正弦,变化趋势相反;双偏振回馈,o、e 曲线的相位差因 M3运动方向不同分别为π/2或3π/2。(9)Nd:YAG 双频激光器、M3调谐,M3反射率越大,光强调制越深;频差是外腔自由光谱区1/2的偶数倍,调制深度最小;奇数倍时,调制深度最大。(10)用"任意位相差波片外腔、M3调谐:强度曲线上一种偏振态占据宽度和一个周期宽度之比等于双折射元件的位相延迟"的原理已制成新的波片测量仪,其具有高精度和可在位测量的特点。

基于CALIOP和MODIS的北极地区海雾检测研究

极地地区的海雾给极地科考和海冰研究带来了挑战,但由于相关监测数据较少,因此对极地地区海雾的研究还相对匮乏。基于CALIOP传感器可以观测垂直方向上云雾信息的特性,使用准同步观测的MODIS中分辨率成像光谱仪对北极地区的云雾信息进行分析。首先使用深度神经网络模型反演云顶高度,再根据云高确定是否为海雾。并且就不同波段对反演结果的影响进行了分析。结果显示使用深度神经网络反演的云顶高度平均绝对误差要比传统方法的结果低1774.280 m,可以更好地对云顶高度进行反演,提高了海雾检测精度。