基于注入锁定法布里-珀罗型激光二极管的超宽带信号产生技术

提出了一种基于三波长注入法布里-珀罗型激光二极管(FP-LD)产生超宽带(UWB)信号的方案。在FP-LD不同激射模式中注入一路信号光和两路直流探测光,实现多波长变换并得到两路反码输出和一路正码输出;再通过光纤进行色散走离,使不同波长信号之间产生时延,形成UWB脉冲,最后经过光电转换产生UWB信号。对所提出的UWB信号产生方案的原理进行分析,并对UWB信号的波形以及频谱特性进行了实验研究。在此基础上,进行了1.25Gb/s非归零码(NRZ)信号注入FP-LD产生差分编码UWB信号的实验。实验产生的UWB脉冲信号半峰全宽最小为83.3ps,10dB谱宽约为4.6GHz,其频宽比为107%。

基于双法布里-珀罗干涉仪多纵模米散射多普勒激光雷达技术

提出了基于双法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模米散射多普勒激光雷达技术,分析了探测原理,并导出了径向风速和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光源的纵模间隔与双FPI的自由谱间距相匹配,并将各纵模的中心频率锁定在双FPI周期性频谱曲线的交叉点附近。详细分析了频率匹配误差引起的风速测量误差。在低风速区域,由频率匹配误差造成的风速测量误差增加的百分数EV随匹配误差的增大而迅速增大;频率匹配误差不变时,EV随风速增大而缓慢减小;当频率匹配误差小于10 MHz时,EV将小于5%。设定合理的大气模式和系统参数,对基于双FPI的多纵模米散射多普勒激光雷达的探测性能进行了仿真分析。结果表明:在0~10 km高度、0~50 m/s的径向风速范围内,当距离分辨率为30 m、时间分辨率为30 s、激光发射天顶角为30°时,系统白天和晚间的径向风速测量精度分别优于1.50 m/s和1.02 m/s;在无云条件下,系统白天和晚间的后向散射比相对测量精度分别优于6.57%和4.53%。

基于双级联法布里-珀罗干涉仪多纵模测温激光雷达技术

提出了基于双级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)的多纵模高光谱分辨率测温激光雷达技术。分析了该技术的温度探测原理,并据此构建温度探测的理论模型,导出了温度和后向散射比测量误差公式。该技术要求多纵模激光发射源的纵模间隔与双级联FPI的自由谱间距相匹配,并将各纵模的中心频率锁定在前级FPI周期性频谱的峰值位置。详细分析了频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差,结果表明:后向散射比越大,相同的频率匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差就越大;频率匹配误差对温度测量的影响大,为保证低层大气温度测量准确,频率匹配误差和锁定误差应分别小于5 MHz和10 MHz。进一步给出了采用FPI腔长粗扫和细扫相结合的频率匹配校准方法和步骤。设定合理的系统参数,对基于双级联FPI的多纵模测温激光雷达系统的探测性能进行仿真分析。结果表明:在0~20 km高度范围内,通常匹配误差和锁定误差引起的温度测量偏差很小,在2 km以上可忽略不计;若出现云层、沙尘等,对应高度的温度测量偏差将会较大;垂直距离分辨率取30 m@0~12 km和60 m@12~20 km、时间分辨率取1 min时,白天和晚间由噪声引起的温度测量误差分别小于3.7 K和3.5 K,后向散射比相对测量误差分别小于0.40%和0.38%。

利用法布里-珀罗腔开展激光模式的实验教学研究

将激光束耦合进入法布里-珀罗(FP)腔,这一物理过程相当于对传输光场施加周期性边界条件,导致FP腔的输出光束为一系列具有离散分布特点的激光模式。一般来说,激光模式可以分为横模与纵模(也称作轴向模)。为使本科生更加直观地理解光束在FP谐振腔内传输这一边值条件问题,本文详尽地描述了基于FP腔开展激光模式教学的实验课程。该课程由三个小实验组成,分别是:(1)测量基模光斑的束腰半径来研究激光的横模;(2)测量FP腔的自由光谱区表征激光的纵模;(3)通过探测FP腔的透射信号与反射Pound-Drever-Hall(PDH)信号,并基于两种独立的方法测量FP腔的腔线宽和腔精细度进一步表征纵模。作为一门针对高年级本科生的创新物理实验课程,通过本实验的训练有助于理解光学、激光原理、光电子学等相关物理课程内容,也有助于启发学生掌握基于FP腔实现激光稳频的相关技术。

基于法布里-珀罗腔产生飞秒激光脉冲串在硅表面诱导高质量亚波长周期条纹(特邀)

为了制备高质量表面周期结构,利用法布里-珀罗腔对飞秒激光进行时域整形,输出子脉冲间隔在1~300 ps内灵活可调的飞秒激光脉冲串,在硅表面诱导亚波长周期条纹。实验结果显示,利用飞秒激光脉冲串诱导得到的亚波长周期条纹明显优于原始高斯光诱导的亚波长周期条纹。利用子脉冲间隔为100 ps的脉冲串诱导的亚波长条纹最佳,条纹周期为1008 nm,结构取向角为2.8°,边缘粗糙度为3.9 nm,可达到光刻工艺的标准。

法布里-珀罗型告警器激光入射角度的测量方法分析

分析了法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)型激光告警器的工作原理,讨论了法布里-珀罗标准具摆动角、激光入射角度与折射角三者之间的关系,分析了计算来袭激光入射角度的方法。以波长为1.064μm的激光为例,针对3种不同的入射角,对透射光强随摆动角的变化情况进行了模拟计算。利用处理软件,对3种来袭激光入射角度进行了模拟测量,结果表明,能够较精确地测量出来袭激光的入射角度。

激光超声检测共焦球面法布里-珀罗干涉仪

从理论上对共焦球面法布里-珀罗干涉仪的自由光谱范围、透射谱线半宽度、精细度、光谱分辨率等光学参数进行了分析,并根据激光超声检测的特点和要求,设计制作了一台实验室用的共焦球面法布里-珀罗干涉仪.利用单片机对该干涉仪的腔长和工作点进行控制,成功实现了激光超声的非接触测量.

基于共焦球面法布里-珀罗干涉仪的激光超声信号检测

从理论上对共焦球面法布里-珀罗干涉仪的自由谱宽、透射谱线半宽度和精细度等光学参数与共振腔长度及球面镜曲率半径的关系进行了分析。根据激光超声检测的特点和要求,设计制作了一台实验室用的共焦球面法布里-珀罗干涉仪。根据选择的干涉仪参数及其具体结构形式,获得了干涉仪的锯齿波扫描透射曲线的试验结果,成功实现了激光超声的非接触测量。

法布里-珀罗环转线系统的测风激光雷达技术与数值仿真

设计了基于法布里-珀罗(F-P)条纹技术的非相干多普勒测风激光雷达系统,采用环转线干涉仪光学系统(CLIO)将F-P形成的环状条纹转换成线性条纹成像到具有高量子效率的CCD探测器上进行检测,克服了环状条纹与传统阵列式探测器不匹配的缺点并改善了探测系统的信噪比。采用光学设计软件ZEMAX对该系统进行了光学设计和数值仿真,得到了用于反演风速的不同波长干涉条纹图样,并对重心法和Voigt函数拟合法两种主要的风速反演方法进行了对比讨论。结果表明:用Voigt函数拟合法反演风速误差较小,获得风速在20 m/s时的误差小于0.5 m/s,验证了该系统的设计及数据反演算法的可行性,为测风激光雷达的进一步研制提供了理论依据。

基于双光纤光栅法布里-珀罗滤波器的可调谐单频光纤激光器

基于游标原理,利用一对光纤布喇格光栅法布里-珀罗滤波器(FBG-FP)作为模式选择器件,设计了一种新颖的环形腔光纤激光器.从理论和实验上研究了该激光器的特性.通过对可调谐FBG-FP应力调谐,在1550.840 nm到1551.762 nm范围内,以96 pm为平均间距,获得了8个由固定FBG-FP的透射谱所确定的窄线宽稳定激光输出.实验上每隔1分钟用光谱分析仪(OSA)对输出光波长自动扫描,记录的输出光波长漂移在数皮米范围内,且功率的波动小于0.1 d B.这种可调谐的单频光纤激光器在光纤通信和光纤传感方面有潜在的应用价值.

基于法布里-珀罗腔的窄线宽光纤激光器关键技术综述

窄线宽光纤激光器在超远距离传感和高精度光谱学等方面有广泛的应用,如何压窄线宽是研究的重要方面。首先介绍了基于光纤光栅法布里-珀罗标准具的各种谐振腔结构和激光器,接着重点讨论了光纤激光器压缩线宽进而获得单频输出的机理和方法,最后对各种线宽压缩方法进行了比较。

基于法布里-珀罗微腔的光微流FRET激光产生

为了实现低阈值光微流荧光共振能量转移(FRET)激光,基于制备的高品质因子、高稳定法布里-珀罗(F-P)微腔,采用间接抽运方法研究了两种F-P谐振腔中光微流FRET激光的产生。直接抽运施主染料,使得施主染料通过FRET的方式把能量传递给受主染料,从而实现受主染料的间接能量抽运。结果表明,在此种抽运方式下,F-P光微流激光腔中实现了0.48μJ/mm2的低激光抽运能量密度阈值;并可通过FRET激光产生的形式实现对低浓度物质的检测。

基于弱谐振腔法布里-珀罗激光器获取中心波长可调谐的带宽可控混沌信号

基于两个弱谐振腔法布里-珀罗激光器,提出并实验研究了一种获取中心波长可调谐、混沌带宽可控的混沌信号产生方案.该方案是通过一个可调谐光纤布喇格光栅反馈弱谐振腔法布里-珀罗激光器(定义为主弱谐振腔法布里-珀罗激光器)输出的混沌光单向注入到另一个弱谐振腔法布里-珀罗激光器(定义为副弱谐振腔法布里-珀罗激光器)来实现的.研究结果表明:通过改变可调谐光纤布喇格光栅滤波器的中心波长以及反馈回路的反馈强度,主弱谐振腔法布里-珀罗激光器可输出中心波长在可调谐光纤布喇格光栅滤波器可调谐范围调谐的混沌信号;把主弱谐振腔法布里-珀罗激光器输出的混沌信号进一步注入到副弱谐振腔法布里-珀罗激光器中,通过改变注入强度和频率失谐,可产生中心波长可调谐、带宽可大范围调节的混沌信号.

基于法布里-珀罗干涉仪的激光谱线特性测量研究

法布里-珀罗干涉仪(简称F-P干涉仪)是具有高光谱分辨能力的光学测量仪器.通过分析F-P干涉仪的干涉图样,能够测量光谱学中的超精细结构,因此在精密光学测量领域中具有重要的研究意义.本文从F-P干涉仪的基本特性出发,介绍干涉仪的基本结构,着重阐述了基于F-P干涉仪的激光谱线特性测量方法,以期为教学与科研提供参考.

基于法布里-珀罗腔的激光模式分析

法布里-珀罗腔(F-P)通常是由2面平行放置的反射镜组成的多光束干涉仪,将入射光束耦合进入F-P腔,光场会在反射镜间多次来回反射,经过干涉相长过程光场被增强,形成稳定腔内光场.为帮助学生更好地理解多光束干涉与谐振腔内模式产生的工作原理,基于F-P腔设计了可分辨激光模式的实验装置,探究不同激光模式的输出特性.通过实验观察拉盖尔-高斯光束,测量了F-P腔的自由光谱区、相邻横模频率间隔等参量,并分析了主要的实验误差来源.

光注入弱谐振腔法布里-珀罗激光器非线性动力学特性的实验研究

实验研究了弱谐振腔法布里-珀罗激光器在受到光注入扰动时的非线性动力学特性.通过测定"-3模"、"0模"、"13模"三个纵模输出的时间序列,功率谱和光谱分布,对其非线性动力学状态进行了判定.研究结果表明:引入光注入后,通过改变注入强度及频率失谐,这三个纵模均可呈现出四波混频、单周期态、准周期态、混沌态以及稳定的光注入锁定态等非线性动力学特性,其动力学演化路径为经准周期分岔进入混沌态.此外,为实现对动力学状态的精确控制,绘制了这三个纵模在光注入强度0μW到450μW和频率失谐-16GHz到16GHz构成的参量空间的动力学状态分布图.结果显示:"0模"与"13模"在正、负频率失谐均可观察到混沌区域,而"-3模"在负频率失谐没有出现混沌区域;"0模"存在两个分离的稳定的光注入锁定态区,而在"-3模"和"13模"仅观测到一个稳定的光注入锁定态区.

用法布里-珀罗干涉仪分析飞秒脉冲激光辐射

根据固体激光飞秒脉冲的锁模技术,本文论证了利用法布里——珀罗干涉仪,测量具有辐射光谱带宽少于倍频程的激光混合频率精梳实验方法。

法布里-珀罗激光器在WDM-PON技术中的应用

波分复用无源光网络(WDM-PON)被誉为FTTH的最终解决方案,而法布里-珀罗激光器因其价格等优势在WDM-PON中具有非常好的应用前景。文章在介绍WDM-PON技术的基础上,重点介绍了法布里-珀罗激光器(F-P激光器)在WDM-PON中的应用。

法布里-珀罗干涉在超短激光脉冲测量中的应用

把大学物理光学中法布里-珀罗干涉的方法应用于超短激光脉冲测量.分析了利用法布里-珀罗标准具中多光束干涉产生自相关信号进行超短激光脉冲测量的原理;进行了实验测试并与迈克耳孙干涉自相关的测量结果进行了对比,实现了对超短激光脉冲时间宽度的测量.

基于固体腔扫描法布里-珀罗干涉仪的大气温度绝对探测方法研究

大气温度是描述大气状态的重要基本特征参量之一.目前,基于Rayleigh散射的大气温度探测方法多应用于大气温度的相对探测,即温度反演时需要响应函数和校准程序.本文提出了利用固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪进行大气Rayleigh散射谱型的精细探测方法和残余米散射信号的抑制方法.根据Rayleigh散射谱特点,针对固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪的自由光谱区、固体腔几何长度、腔体介质类型、半高全宽、腔体反射率、扫描间隔等参数进行了优化设计.利用优化参数的固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪获取Rayleigh散射谱上离散点信息,并采用多项式插值方法获得拟合谱型,与根据标准大气模型和S6模型获得的理论谱型进行比对,大气温度探测不确定度小于0.8 K.当信噪比为10时,白天与夜晚的探测距离分别为4.5和7.9 km.该方法可实现大气温度廓线的全天时和高精度绝对探测,并对同类高光谱激光雷达分光系统研究具有借鉴意义,为我国高光谱激光雷达陆基及星载应用提供了一套可行的分光系统解决方案.