正交解调Pound-Drever-Hall激光稳频技术实验研究

为了提高激光器的频率稳定度,设计了基于正交解调原理的Pound-Drever-Hall(PDH)稳频系统。该系统采用直接数字频率合成器同步产生三路同频正弦和余弦信号,其中一路正弦信号用作电光相位调制器的驱动信号,另两路正弦和余弦信号同时用作相位解调的参考信号。解调所得PDH稳频系统的误差信号用于反馈调节激光器腔长,使得激光器频率自动稳定到Fabry-Perot(F-P)参考腔的谐振频率上。建立了正交解调PDH稳频实验系统,实验结果表明,在1.5 h稳频时间内,激光器的频率漂移不超过±0.13 MHz,根据Allan方差计算得到其频率稳定度优于1.2×10^-11。这种稳频激光器可用作合成波绝对距离干涉测量系统的理想光源。     

不同参数下大功率量子阱激光器的大信号调制特性

本文对大功率量子阱激光器的大信号调制特性进行了参数分析。首先对量子阱激光器的传输带宽进行了对比。在不同宽度的光限制层的条件下,光限制层越窄,传输带宽越宽。其次分析了随着调制深度的变化对激光功率的影响,调制深度越小时,激光峰值不断变小。当温度升高时,对应的光子密度降低。偏置信号减小时,光子密度减小。在同频率下比较了脉冲和正弦调制信号的输出波形,输出波形相似。最后分析了啁啾效应。多量子阱激光器比单量子阱激光器中的啁啾更小。     

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.     

腔损耗调制Nd:YAG激光器的混沌控制研究

在腔损耗调制Nd∶YAG激光器的前置偏置电压中加入正弦控制信号,通过调节控制信号的强度系数,将系统控制在不同的周期轨道上,能够提高输出功率的同时还得到了品质良好的激光输出。该控制方法算法简单,容易在工程上实现,对获得品质良好的高功率激光输出有较好的参考价值。     

腔损耗调制Nd:YAG激光器的混沌控制研究

在腔损耗调制Nd:YAG激光器的前置偏置电压中加入正弦控制信号,通过调节控制信号的强度系数,将系统控制在不同的周期轨道上,能够提高输出功率的同时还得到了品质良好的激光输出.该控制方法算法简单,容易在工程上实现,对获得品质良好的高功率激光输出有较好的参考价值.     

一种低频阻抗参数测量用程控正弦信号源

介绍了一种在低频阻抗参数测量中使用的精密程控正弦信号源,并分析其工作原理.该信号源采用晶体振荡器产生基准信号,利用锁相环技术合成频率、DDS技术产生数字正弦波、有源滤波技术输出正弦信号.结果表明,所设计的信号发生器在100 Hz～20 kHz的频率范围内具有数百个可程控的点频信号,输出的正弦信号频率稳定度高、波形失真度小.     

中频差Zeeman双折射双频激光干涉系统的实验研究

Zeeman双折射双频激光器能够输出3~40 MHz频差的双频激光,可用作高测速双频激光干涉仪的光源。针对这种激光器的特点,以频差约7 MHz的Zeeman双折射双频激光器为干涉仪的光源,建立了中频差双频激光干涉仪测量系统。经过与商用HP5528A双频激光干涉仪的比对测量实验得出,中频差双频激光干涉仪实验测量系统测量线性度小于0.002%,测量的标准不确定度小于0.1μm,证明了中频差双频激光干涉系统的可行性和针对这种光源采用的设计方案的正确性。     

数字万用表对方波傅立叶分解进行电压修正

方波傅立叶分解大学物理实验,传统的实验方法是运用示波器测出取样电阻各次正弦谐波电压峰-峰值,再对其电压值进行修正。运用数字万用表替代示波器进行方波信号傅立叶分解实验,具有电压测量实验电路简单、RLC串联谐振点的判断更为准确的特点。本文介绍了用数字万用表对方波信号傅立叶分解进行电压测量和修正的主要实验操作步骤和实验数据,证明了此方案的可行性。     

超声波传感器谐振规律的实验研究

由于晶体超声波谐振子泛音的存在，谐振频率点并不唯一。而超声波测量系统频率的选择至关重要。为确定用于流量测量的超声波传感器的谐振频率，设计了实验测试方案，即用函数信号发生器给发射传感器输入幅度相同、频率不同的方波激励信号，用示波器观测接收传感器输出信号，记录接收探头随频率递增时，幅度较大极值点所对应的频率。然后，以数据拟合的方法寻求晶体超声波谐振子各谐振频率点分布的规律。实验结果表明：根据这些幅度较大极值点寻求的谐振频率点分布的拟合线，基本符合一般极值点对应频率的分布规律，反过来证明了研究所得的该种传感器谐振频率点分布规律的正确性，这为流量测量中超声波频率设定提供依据。     

基于改进多频正弦激励的燃料电池电化学阻抗谱测量

由多个正弦波直接合成的多频正弦激励信号往往存在波峰因数（crest factor,CF）高,局部幅值大的缺点,不能直接应用于燃料电池电化学阻抗谱（electrochemistry impedance spectrum,EIS）测量。为解决这一问题,提出了一种通过粒子群算法（particle swarm optimization,PSO）优化多频正弦信号各单频分量相位的方法,降低了多频正弦激励信号波峰因数。首先,根据燃料电池特性建立了燃料电池阻抗模型,并研究了基于多频正弦激励信号的燃料电池EIS测量方法。然后,从相位优化的角度出发,通过采用PSO优化相位的方法实现了波峰因数最小化目标。最后,分别搭建了燃料电池EIS测量系统仿真模型与实测平台进行测试分析和方案验证。仿真与实验结果表明：通过改进多频正弦激励信号测量的燃料电池EIS与其理论EIS基本一致。可见该激励信号可以用于燃料电池EIS高精度测量。     

高压放大器

高压放大器主要应用于非线性光学、量子光学、量子通讯、量子测量等科学研究领域,在放大模式下输出可调节的直流电压或直流高压调制的函数信号,用于开环或闭环控制系统中,如在铯原子相干光谱研究中,用于光栅外腔半导体激光器的频率调谐;在“连续变量的量子密集编码系列实验中”用来锁定光学谐振腔;     

CO_2激光器斯塔克效应稳频法的实验研究

介绍了将斯塔克(Stark)电光调制技术应用于CO_2激光器稳频的基本原理与实验装置。实验表明:应用Stark电光调制技术于CO_2激光器的稳频,可获得10~(-9)量级的频率稳定度。     

实时测量表面形貌的正弦调制半导体激光干涉仪

设计了一种实时测量表面形貌的正弦相位调制半导体激光干涉仪,对其抗干扰的实时测量原理进行了分析．在该正弦相位调制干涉仪中,利用高速图像传感器探测干涉信号,该干涉信号通过信号处理电路实时鉴相得到被测表面所对应的相位分布,即可实时获得待测量物体的表面形貌．在实验中,测量了楔形光学平板的表面形貌,测量点为30×30个,测量时间小于10ms,重复测量精度为4．3nm．实验结果表明该正弦相位调制干涉仪的有效性．     

高压放大器

专利号：ZL200510012408．1 高压放大器主要应用于非线性光学、量子光学、量子通讯、量子测量等科学研究领域,在放大模式下输出可调节的直流电压或直流高压调制的函数信号,用于开环或闭环控制系统中,如在铯原子相干光谱研究中,用于光栅外腔半导体激光器的频率调谐;在“连续变量的量子密集编码系列实验中”用来锁定光学谐振腔;用于光学信号存储中环形腔的锁定等。     

多路振弦传感器同步测频系统设计

针对多路振弦传感器测频系统多采用分时异步的测量方式,无法满足桥梁等大型建筑动态响应的测量需求,提出一种同时激振-分时测量的同步测量方案;根据该方案设计了一套多路振弦传感器同步测频系统。系统以Cortex-M4处理器为核心,采用Rife-Quinn算法进行频率计算。对系统进行实验测试,测试结果表明:系统能完成4通道振弦传感器的同步测量,无噪声条件下的测频相对误差小于0.007%;输入1 kHz、峰值为2μV~3.4 mV范围的正弦信号,系统测频相对误差小于0.005%,标准差小于0.04 Hz;加入白噪声干扰,信噪比在-9~9 dB范围内,系统的测频相对误差小于或等于0.2%。     

增益开关激光器抖动抑制问题研究

从激光外注入式单模速率方程出发,深入分析探讨了影响DFB激光器输出脉宽的因素,通过对不同调制电流、调制频率注入时与输出脉宽,脉冲抖动的关系的分析,并结合实验过程所获得的数据进行模拟,从中获得出了低抖动输出时的最优条件.     

光电探测器响应时间的测试

光电探测器是光电系统的核心组成部分,其性能直接影响着光电系统的性能.该文通过用探测器的脉冲响应特性测量响应时间,利用探测器的幅频特性确定其响应时间.该文分析了光电探测器的响应度不仅与信号光的波长有关,而且与信号光的调制频率有关,在提出测量探测器响应时间的方法的同时分析了误差的产生原因和解决办法.     

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.     

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．     

中等输出激光功率且位相锁定的大频差双色激光系统

介绍了两种用于实现中等输出激光功率且位相锁定的大频差激光系统的实验方案及典型结果.其中,基于分布反馈式(DFB)半导体激光器具有的较高的边模抑制比所导致的单模运转特性,文章采用光学注入锁定方法在实验中实现了两束波长为852nm、位相锁定且频差为9.2GHz(对应于铯原子基态超精细分裂)的中等输出激光功率(～150mW)双色激光.拍频测量结果表明二者的相对线宽约1Hz(受限于所用频谱分析仪的分辨带宽).此外,在充有20Torr缓冲气体氖并将剩磁屏蔽至约20nT的铯原子气室中,采用该激光系统,在实验中观察到了线宽约12.3kHz的相干布居俘获(CPT)信号.