正交线偏振激光器原理与应用(Ⅲ)--精密测量应用原理及技术基础研究

综述了利用正交线偏振激光器内特性进行精密测量的研究成果,包括:①纳米激光器测尺(基于频率分裂的激光器两偏振光竞争位移传感激光器)测量原理,②基于频率分裂激光器两偏振光回馈的位移测量原理,③直接利用波片形成频率分裂的波片位相延迟测量原理,④基于频率分裂对腔内双折射强弱敏感性的位移测量原理,角度测量原理,振动测量原理,⑤压强测量原理,⑥磁场测量原理等. 所涉及现象包括:激光纵模间隔内新频率的产生,两频率之差的改变、光束的偏振特性的改变,模的竞争强度的改变等. 这些新应用的原理、结构简单,可溯源到光的波长. 如,激光器自身就是传感器的纳米激光器测尺已在应用中,测量范围12mm、分辨率79nm、线性度小于5×10-5. 波片位相延迟测量系统重复性达到0.3′.     

正交线偏振激光器原理与应用(Ⅱ)--物理现象研究

系统介绍了作者实验室发现的正交线偏振激光的物理现象及对若干问题的理论分析.包括:强烈与中度模竞争之间的转换,即竞争中两个频率之一由振荡到熄灭或从熄灭到振荡的过程;强烈模竞争的频差范围的确定(0～40 MHz左右);双折射双频激光器腔调谐中出现的4种偏振态组合(o光振荡、e光不振荡,o光、e光同时振荡,o光不振荡、e光振荡,o光、e光都不振荡,循环重复);双折射双频激光器频差调谐现象;双折射Zeeman双频激光器的功率调谐、频差调谐特性;正交线偏振激光回馈自混合干涉中两个频率的相互抑制,强度的转移;双折射外腔回馈引入的条纹倍频现象;石英晶体旋光性造成的激光两端偏振方向的差异及随晶片旋转的改变,频率分裂畸变等.     

正交线偏振激光器原理与应用（I）——正交线偏振激光的产生机理和器件研究

激光诞生后，出现了两种正交偏振激光器：Zeeman双频激光和四频环形激光陀螺．而由两个反射镜构成谐振腔的激光器、即驻波激光器，其内放入双折射元件时的物理效应和应用却成为空白．综述了过去十几年国内外，特别是研究了正交偏振驻波激光原理和器件方面取得的进展．首先，导出激光频率分裂的公式，并利用了几乎全部的量子光学现象(各种双折射元件及其物理效应)实现了驻波激光器正交线偏振激光振荡．这些量子光学现象有：晶体石英双折射效应、方解石双折射效应、应力(光弹)双折射效应、光电双折射效应等．其次，实验中观察发现了若干激光物理现象，如晶体石英旋光性造成的频率分裂畸变，强模竞争发生时的两频率问隔，频率分裂的越级等．再次，由于原理的限制，传统的Zeeman双频激光器输出的频差不可能大于3MHz．为了解决这一问题，实验室制成了几种原理的正交偏振双频激光器件：可输出40MHz到几百MHz频差的双折射双频激光器；可输出从1MHz到几百MHz频差的双折射-Zeeman双频激光器和双双折射双频激光器；输出巨大频差(几个GHz)的LD泵浦YAG双折射双频激光器；纵模问隔约为c／4L(普通激光器为c／2L)的激光器等．     

正交线偏振激光器原理与应用(Ⅰ)--正交线偏振激光的产生机理和器件研究

激光诞生后,出现了两种正交偏振激光器:Zeeman双频激光和四频环形激光陀螺. 而由两个反射镜构成谐振腔的激光器、即驻波激光器,其内放入双折射元件时的物理效应和应用却成为空白. 综述了过去十几年国内外,特别是研究了正交偏振驻波激光原理和器件方面取得的进展. 首先,导出激光频率分裂的公式,并利用了几乎全部的量子光学现象(各种双折射元件及其物理效应)实现了驻波激光器正交线偏振激光振荡. 这些量子光学现象有:晶体石英双折射效应、方解石双折射效应、应力(光弹)双折射效应、光电双折射效应等. 其次,实验中观察发现了若干激光物理现象,如晶体石英旋光性造成的频率分裂畸变,强模竞争发生时的两频率间隔,频率分裂的越级等. 再次,由于原理的限制,传统的Zeeman双频激光器输出的频差不可能大于3?MHz. 为了解决这一问题,实验室制成了几种原理的正交偏振双频激光器件:可输出40?MHz到几百MHz频差的双折射双频激光器;可输出从1?MHz到几百MHz频差的双折射-Zeeman双频激光器和双双折射双频激光器;输出巨大频差(几个GHz)的LD泵浦YAG双折射双频激光器;纵模间隔约为c/4L(普通激光器为c/2L)的激光器等.     

腔内倍频Nd：YAG激光器中的偏振匹配与1／4λ波片的作用

讨论了腔内倍频Ｎｄ：ＹＡＧ激光器中的偏振匹配原理以及由于倍频晶体双折射效应所引起的偏振损耗，分析了解决这一矛盾的一种有效方法——腔内插入１．０６μｍ激光的１／４λ波片的基本原理。     

腔内倍频Nd：YAG激光器中的偏振匹配与1／4λ波片的…

讨论了腔内倍频Ｎｄ：ＹＡＧ激光器中的偏振匹配原理以及由于倍频晶体双折射效应所引起的偏振损耗，分析了解决这一矛盾的一种有效方法－腔内插入１．０６μｍ激光的１／４λ波片的基本原理。     

LD泵浦单频固体激光器的结构设计

在分析双折射滤光片选频原理的基础上,采用半波片和偏振分光棱镜(PBS)共同构成的双折射过滤光片以实现激光器单纵模运转。通过结构的设计,使激光器达到小型化,集成化。并且可以通过自聚焦透镜、激光晶体和输出镜位置的调节,实现泵浦光与振荡激光的最佳模式匹配,保证最低阈值泵浦功率、最高输出功率和斜效率。     

掺铒光纤激光器中的模式损耗测量与模式竞争

模式竞争效应是实现激光器稳定输出的理论基础。由于各纵模的损耗不同,导致起振阈值不同。在测量掺铒光纤Bragg光栅FP腔激光器振荡模式损耗的基础上,对掺铒光纤Bragg光栅FP腔激光器的模式竞争效应进行理论与实验研究。采用衰荡光谱技术测量掺铒光纤Bragg光栅FP腔激光器振荡模式的损耗,确定各振荡模式的阈值条件,讨论激光器中的模式竞争。研究结果表明各振荡纵模损耗直接影响模式竞争结果。所得结果为单波长、双波长及多波长光纤激光器制作提供理论依据。     

腔内石英晶片产生的Nd:YAG激光纵模分裂现象

为了获得１．０６μｍ波长的双频激光,在二极管泵浦Ｎｄ：ＹＡＧ激光器的谐振腔内放置一石英晶片,观察到了纵模分裂现象,分裂量（即频率差）可随晶片的转动而在整个纵模间隔上调谐。当腔内既有选模元件（熔凝石英Ｆ－Ｐ标准具）又有石英晶片时,同样能够产生纵模分裂现象（产生两个频率）,但ｏ模和ｅ模不能同时起振。纵模分裂量的实测值与理论相吻合。     

利用微失调扭转模腔产生双频激光

目的 研究在激光二极管泵浦固体激光器内利用扭转模腔微失调的方法产生单纵模分裂并输出相干双频激光,频差连续可调。方法 采用琼斯矩阵分析光在谐振腔内的本征方程,得到它的本征值和本征向量,从而可表示模在腔内的相位延迟和偏振状态。     

LD抽运Nd:YVO4三镜腔激光器腔内和频技术

针对激光二极管端面抽运的三镜复合腔Nd:YVO4/KTP腔内和频激光器,在分别满足1 064,1 342 nm双波长激光振荡阈值相等和光子数密度相等条件下,数值计算两个支腔腔长、两个支腔反射镜透过率之间的关系.根据理论计算得到的参数,在双波长光子数密度相等和双波长振荡阈值相等两种情况下,对比其和频输出的黄光功率.当抽运功率均为12 W时,分别得到了410 mV和340 mW的黄光输出,光-光转换效率分别为3.4%和2.8%.利用双波长光子数密度相等条件,可以得到更高转换效率的和频黄光.     

主动锁模激光器的稳定性分析

主动锁模光纤激光器是未来远程超高速光纤通信系统的理想光发射源和光时钟源。主动锁模光纤激光器的腔长较长,当外界环境条件发生变化时,腔长容易受到机械震动及温度变化的影响而发生漂移。本文主要从长期不稳定性和短期不稳定性两方面分析了主动锁模光纤激光器的稳定性问题。介绍了弛豫振荡、超模噪声的解决方案。同时阐述了再生锁模技术控制腔长的方案,对主动锁模激光器的实验研究有一定的参考意义。     

新型可调谐染料激光器

报导一种新型的由声光调Q内腔倍频Nd:YAG激光泵浦的可调谐染料激光器。该激光器采用折迭腔型,双折射滤光片为调谐元件,实心标准具用于腔内压缩线宽,获得重复频率1～25kHz连续可调、最大输出功率W级,最窄线宽0.000 8nm、脉宽120～150ns、波段280～825nm分段可调的染料激光输出。     

连续锁模腔内双通倍频Nd：YAG激光器实验研究

报道了２００ＭＨｚ连续主动锁模腔内双通倍频Ｎｄ：ＹＡＧ激光器的实验研究结果。讨论了影响连续锁模激光器二倍频转换效率的主要因素，成功地实现了线型腔双通倍频高效率激光振荡。在输入电功率３．２ｋＷ时，获得了１Ｗ的完全连续锁模倍频基模绿光输出。     

半导体激光器端面泵浦高功率高效Nd:YVO4/KTP腔内倍频连续绿光激光器研究

报道一种由三镜折叠腔构成、半导体激光器端面泵浦低阈值高功率高效Nd∶YVO4/KTP腔内倍频连续绿光激光器 .在泵浦功率为 1 9W时 ,TEM0 0 模绿光输出功率为 5 85W ,相应的光 -光转换效率为 3 0 8% .实验结果证实了Nd∶YVO4晶体的温度对于KTP晶体的容许温度范围有很大影响 .     

准连续可调的NH3分子光泵亚毫米波激光

以NH_3分子气体为工作物质,对CO_2激光和微波同时作为泵浦源的光泵亚毫米波激光系统的密度矩阵方程的求解,获得光泵激光器的频率特性和增益特性。理论计算结果表明:利用光泵激光中的超喇曼过程,改变微波频率,可以产生频率准连续可调的亚毫米波信号;利用谱线的压力增宽,调节激光的腔长,改变其纵模频率,也可以获得准连续可调的亚毫米波信号。     

一种全自动调节的锁模光纤激光器

通过在非线性偏振旋转环形腔中引入一种全光纤化的角度可调的起偏器,简化了被动锁模光纤激光器的结构,通过调节环形腔内的光纤起偏器和1/4波片的角度就能够实现锁模脉冲的输出。基于此简化结构,引入基于单片机的触发反馈电路,控制偏振片和波片的旋转状态,实现了腔内锁模脉冲的自动调节输出,得到平均功率为8mW的、重复频率为5.6 MHz的全自动锁模脉冲稳态输出。     

LD侧面泵浦Nd:YAG1064 nm/532 nm/660 nm三波长激光器

理论上分析了实现双波长激光同时振荡腔镜反射率等需要满足的条件。实验中利用LD侧面泵浦单根Nd:YAG晶体,同时采用声光调Q与非线性频率变换技术,在3个子谐振腔组成的新型全固态激光实验系统中实现了1 064 nm/532 nm/660 nm三波长激光单独输出与同时输出。在泵浦功率103 W时,1 064 nm激光单独输出功率为15.5 W,532 nm和660 nm激光在声光调制频率分别为10.5 kHz和11.5 kHz时输出功率分别为4.7 W和1.6 W,转换效率分别为4.6%和1.6%。当三波长激光同时输出时,1 064 nm/532 nm/660 nm三波长激光输出功率分别为10.1 W、4.3 W和1.0 W,同时测量输出功率不稳定度均小于2.0%。理论与实验符合较好。     

种子注入高重复频率Q开关激光器

分析了自发辐射与注入种子信号在激光建立过程中的竞争对种子注入的影响. 利用单块非平面环形腔单频激光器作为种子振荡信号,注入到高重复频率Q开关构成的从动激光器,获得单脉冲能量大于5mJ、脉冲宽度40ns的单纵模振荡脉冲激光输出. 测试了种子激光器在不同频率、功率及在从动激光器不同抽运能量下种子注入现象发生的几率实验. 结果表明,频率匹配和从动激光器的抽运能量是影响种子注入发生几率的重要因素.     

LD抽运Nd∶YAG复合腔双波长激光器

研究激光二极管(LD)端面抽运的Nd∶YAG三镜复合腔激光器的1 064,946 nm双波长激光连续运转.在满足双波长激光振荡阈值相等的条件下,考虑Nd∶YAG晶体的热透镜效应,数值计算1 064,946 nm两个子腔的腔长、输出镜透过率之间的关系.结果表明,当Nd∶YAG晶体中抽运光,1 064,946 nm激光的光束半径达到合理匹配时,两个子腔的输出镜透过率之间有确定的关系.选取合适的复合腔结构参数,当抽运功率为9 W时,可同时获得1.1 W的1 064 nm激光,以及500 mW的946 nm激光输出.