应用于高能激光器的XY离焦像差校正方法

针对高能激光器出光过程中出现的大量离焦和0°像散低阶像差现象,提出了基于哈特曼波前传感器和二维整形光路的XY离焦像差校正方法。首先,通过对Zernike多项式的离焦项和0°像散项进行线性组合得到XY离焦像差的表达式,该XY离焦像差系数的大小可直接表征X离焦和Y离焦的波前PV值。同时,通过微调高能激光器中二维整形光路中的镜子间距,可实现激光器输出光束XY离焦波面的补偿。因此,首先利用哈特曼波前传感器提取出光束的XY离焦像差系数大小,而后再根据XY离焦像差系数的大小实时闭环微调二维整形光路中的镜子间距,从而实现XY离焦像差的校正,改善输出光束的光束质量。实验结果表明,该方法可有效地将高能激光器输出光束XY离焦量的PV值由5.2μm和1.1μm校正到0.5μm以下,相应的光束质量β因子由3.1降到1.8,光束质量得到明显改善。

光楔分光中波红外Fizeau型干涉仪光学系统设计

针对中波红外波段胶合立方型分束镜分光局限的问题,本文提出基于光楔分光的中波红外Fizeau干涉仪光学设计方案。在3.39μm工作波长下,为降低干涉系统回程误差,提升测量准确度,采用了两次反射折叠准直光路结构,既保证良好的准直波前,同时优化设计光楔兼顾干涉成像波前。设计采用ZnSe、CaF_(2)材料,干涉仪准直镜为单片平凸非球面结构,成像镜由双分离式球面镜构成,经蒙特卡罗模拟公差分析,准直镜0.1°视场内准直波前PV优于λ/4,归一化出射孔径内角像差优于3.01×10^(−5)rad;干涉成像光路归一化视场成像波前PV优于λ/5,在25 lp/mm处MTF值优于0.38,干涉系统最大成像畸变优于0.11%;在标准面0°视场放置,被测表面倾斜0.05°内干涉系统回程误差小于λ/50。基于光楔分光的中波红外Fizeau干涉仪为中波红外干涉仪光学系统设计提供了新的思路。

飞秒激光加工微悬臂梁薄膜光纤声波传感器

设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器,由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形,与四周固定的圆形密闭薄膜相比,会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器,制备出长宽均为500μm,厚6μm的微悬臂梁结构。通过实验得到其反射光谱对比度为8.8 dB,自由光谱范围为7.72 nm,理论计算得光纤法布里-珀罗腔长为155.6μm。研究结果表明,该光纤声波传感器在2200 Hz处出现明显的共振峰,对应的声压灵敏度为414 mV/Pa,在300 Hz时有最大的灵敏度675 mV/Pa,与普通硅橡胶薄膜声波传感器相比灵敏度显著提高。理论计算硅橡胶微悬臂梁光纤声波传感器的一阶共振频率为198 Hz,与实验测得的共振频率较为接近。同时悬臂梁传感器的声压灵敏度可达675 mV/Pa,声压响应线性度为0.994。

不同波长激光同时辐照薄膜热效应研究

通过分析两个不同波长激光同时辐照下薄膜体内驻波场分布并求解热传导方程,得到1064nm激光和355nm激光在三倍频分离膜内共同作用下二维温度场分布.研究表明:1064nm激光和355nm激光共同作用引起薄膜体内的温升峰值高于相同能量1064nm激光单独作用引起的薄膜体内的温升峰值,低于相同能量355nm激光单独作用引起的薄膜体内的温升峰值.

基于可调谐激光器的局部放电光纤法珀传感器

针对局部放电测量中的光纤法珀传感器，研究了其工作点稳定和提高灵敏度的参数优化方法．通过改变可调谐激光器的波长稳定了传感器的工作点．用激光器波长调谐范围确定腔长，令玻璃薄板的反射率为1，根据单模光纤对高斯光束的耦合特性和多光束干涉原理，通过迭代算法得出光纤端面的最优反射率．基于波长调谐范围1530～1565nm的可调谐激光器，制作了自由光谱范围28nm，腔长43μm，玻璃薄板反射率大于0．97，光纤端面反射率0．52的法珀传感器．经实验测试，法珀腔光损耗为10％，条纹对比度为1．实验结果表明，基于可调谐激光器的传感器工作点稳定，可测试最小局放声压约为1Pa，达到实用要求．

光纤位移干涉仪测高速漫反射面速度误差分析

首次从理论上分析基于单模光纤的位移干涉仪用于高速漫反射面速度测量的相位误差,包括来源和大小及其与系统各参量的关系。计算了光束从光纤出射,经漫反射面反射,再耦合进单模光纤的光场表达式。结果表明,相位误差的来源包括两部分:光束传输衍射效应及漫反射面表面的随机相位特性。由相位误差引起的位移和速度相对误差都在10-6量级,并且同时采用VISAR和光纤位移干涉仪来测量爆轰加载下铜飞片的速度轨迹。实验结果表明,单模光纤位移干涉仪的实际测量精度可以和VISAR相当,证明了单模光纤位移干涉仪用于高速漫反射面速度测量的可行性。

共孔径偏振耦合分光系统中反射镜造成的相位延迟差的测量

激光信标共孔径发射接收偏振分光系统的动态相位补偿需要测量望远镜各反射镜对S光和P光的相位延迟差。利用Stokes矢量和Mucller矩阵建立了物理模型，并推导出用测得的回光功率计算相位延迟差的解析式。提出一种通过实验测量回光功率计算反射镜相位延迟差的方法，解决了在0～2π范围内唯一确定反射镜相位延迟差的问题。实际测量了两块反射镜的相位延迟差，并将测量结果用于动态相位补偿偏振分光实验，验证了该方法的正确性。分析了偏振分光棱镜、法拉第旋光器以及近似计算这3个主要的测量误差源，并估计总测量误差约为1°。

硬边光阑光学计算方法的比较研究

对通过硬边光阑光学系统光束传输问题的直接数值积分法、复高斯函数展开法、矩阵法和光束模式展开法作了比较研究。研究表明 ,直接数值积分应用范围广泛 ,但随着光阑数的增加 ,它变得既烦琐又耗时。复高斯函数展开法为快速模拟硬边衍射光束在菲涅耳区和夫琅和费区的传输提供了一个有用方法 ,只是在很近的场存在着显著的计算误差。矩阵法能用于菲涅耳区和夫琅和费区 ,但只适用于旋转对称的光学系统与光束。光束模式展开法可用于近似计算远场的弱截断光束。

迈克尔孙干涉仪组合实验的改进与设计

采用 HNL- 5 5 70 0多束光纤 He- Ne激光器、钠光、日光灯作为相干光源 ,利用白光相干长度小的特点对迈克尔孙干涉仪调节优化 。

高斯-谢尔模型光束通过聚焦光学系统的偏振特性

为了研究高斯-谢尔模型光束的偏振特性,采用交叉谱密度矩阵的方法,研究了该光束通过聚焦光学系统的偏振特性,得到了完全偏振和完全非偏振光束保持偏振度不变的条件,并给出了通过聚焦光学系统后传输平面偏振度实现均匀分布的条件。结果表明,聚焦光学系统中偏振度在焦点位置附近有明显的起伏变化;焦点位置上的偏振度等于其在自由空间传输时的远场稳定偏振度。该研究对激光传输领域具有重要的理论和现实意义。

光抽运垂直外腔面发射半导体激光器的设计与数值模拟

采用多周期应变补偿InGaAs/GaAsP双量子阱结构的半导体器件作为增益介质,设计了光抽运面发射半导体激光器件结构和实验光路。在谐振腔中引入分束棱镜保证了VECSEL表面的抽运光斑为圆形光斑。计算模拟了输出功率与抽运光斑和输出镜反射率间关系曲线,优化设计了抽运功率为2W时输出镜反射率并给出了相应的输出功率与抽运功率间关系模拟曲线。

迈克耳逊干涉仪的调节技巧及常见问题解析

迈克耳逊干涉仪测量光波波长是大学基础物理实验之一。由于该实验操作的复杂性,导致学生完成此实验很容易出现一些问题。根据实际情况列举一些调试技巧,并对经常出现的问题进行了分析与解决。

基于马赫-增德尔干涉仪的光纤周界防范装置设计

以马赫-增德尔光纤干涉仪为对象,分析了双光束干涉检测原理,在此基础上,设计出利用MZ光纤干涉仪构建周界防范装置。系统采用两根单模光纤构成MZ光纤干涉仪的参考臂和传感臂,半导体激光器作为干涉光源并用两个单模Y型光纤耦合器实现激光的分束和合束。通过计算机对激光合束后形成的拍频信号进行快速采集处理,并与特征波形进行匹配、比较和识别从而对防范周界内的入侵情况迅速做出反应。

主动关联马赫-曾德尔干涉仪中多参数相位估值的极限

基于量子费歇尔信息和量子费希尔信息矩阵理论,研究了三端口输入的主动关联马赫-曾德尔(Mach-Zehnder,MZ)干涉仪在两种不同输入态下的相位估值极限.研究结果得到,在单个端口输入任意光场的情况下,利用相位平均和量子费歇尔信息矩阵理论消除了输入光场的涨落对相位估值极限的影响;而在双端口输入相干态的情况下,无法消除光场涨落对估值极限的影响,且相位估值极限依赖于输入的双相干光的初始相位.

混洗网络中光开关矩阵研究

基于偏振控制技术,利用偏振光分束器和位相型空间光调制器构建1×2和2×1的节点开关单元,节点开关单元各端口间按照特定的映射规则和连接关系以光纤实现互连,从而得到一种新型的4×4光开关矩阵。该4×4光开关矩阵利用位相型空间光调制器对信号光偏振态的控制实现路由,通过对其各输入端口光信号路由状态的分析表明,它可以完成信号光点对点的全排列无阻塞的输出与交换,同时,还具备部分的多点组播功能。该矩阵开关具有交换速度快、插入损耗小、串话低、性能稳定等特点,对于构建大规模的光互连网络具有一定的帮助。

高功率激光系统中离轴鬼光束光斑大小与光强的计算

用矩阵光学方法推导出旋转对称光学系统中离轴鬼光束会聚光斑大小及光强公式,进而对高功率激光系统中两个典型的光路构型离轴鬼光束会聚光斑大小及光强进行了数值计算。

原子分束器及其应用

对各类基于磁导引、光导引或波导引原子分束器以及自由空间原子分束器的实验方法和进展进行了综述,同时介绍了原子分束器在原子衍射、原子干涉、玻色凝聚原子(BEC)的相干分裂研究中的应用。

面向绝对重力仪的光束垂直性快速调节

为了减小自由落体式光学干涉型绝对重力仪中光束垂直度对重力测量准确度的影响,提出了一种基于双层液体光楔对光束的可变偏折实现光束垂直性自校正的快速调节方法。当光束偏离铅锤方向时,利用液面天然水平的特性,使液体在重力的作用下形成可变液体光楔,自上而下的光束经双层液体光楔时光束传播方向发生偏转,合理地匹配双层液体的折射率,使它偏离铅锤方向的夹角得到实时修正。搭建光束垂直性自校正装置并进行实验验证,结果表明,装置的角度抑制比优于18.0,当装置倾斜角度不大于2.7′时,出射光束偏离铅锤方向不超过9.0″,对应于重力加速度的测量误差小于1μGal(1μGal=10-8 m/s2)。将本方案用于自由落体式的重力加速度测量,仅通过条式水平仪调平便可实现光束垂直性的快速准确调节,同时还能抑制测量过程中光束垂直性缓变带来的影响。

计量型原子力显微镜

本文报导国际上研制的第一台在纳米测量中，在中等测量范围内，具有微型光纤传导激光干涉三维测量系统、可自校准和进行绝对测量的计量型原子力显微镜。它的诞生，可使目前用于纳米技术研究的扫描隧道显微镜定量化，并将其所测量的纳米量值直接与米定义相衔接。使人们更加准确地了解纳米范围内的各种物理现象，并对它们进行更精确的分析。文章对计量型原子力显微镜进行了理论分析，提出了对各种测量误差的抑制及其补偿方法，并进行了大量的实验，得到良好的结果。目前，该计量型原子力显微镜在其测量范围内，任意两点间距离的测量不确定度为Ｕ９５＝５ｎｍ＋２×１０－４ｌ；在ｚ－轴上的测量不确定度为Ｕ９５＝（１．１～１．２ｎｍ）＋２×１０－４ｈ。

亚波长线栅太赫兹偏振分束器的研究

为了提高工作在太赫兹波段偏振分束器的性能,采用激光诱导与化学镀铜的方法在聚酰亚胺衬底上制作了亚波长周期金属线栅太赫兹偏振分束器,并以返波振荡器作为太赫兹辐射源搭建了偏振分束特性测试系统。当入射波频率为340GHz、入射角为45°时,测得在入射波偏振在0°～180°变化过程中,该偏振分束器具有良好的偏振分束特性,透射和反射的消光比分别为27.3dB和10.5dB,插入损耗分别为0.13dB和0.32dB;用太赫兹时域光谱系统测得偏振分束器在0.2THz～1.5THz频域内透射消光比大于18dB。结果表明,测试结果与时域有限元方法模拟结果基本吻合。