外注入式增益开关激光器最优控制分析

从外注入式单模速率方程出发,附加尾随机噪声项,讨论了增益开关分布反馈式半导体激光器偏置电流,调制电流,调制频率在无外部注入和有外部注入的条件下与输出脉宽,脉冲抖动的关系.从理论上得出了低抖动,窄脉宽输出时的最优外部控制条件.     

ID-201单光子计数器计数模型研究

InGaAs半导体单光子探测器具备探测性能强,集成度高等优势,在光谱分析和量子通信等领域有广泛的应用.本文以ID Quantique公司出品的ID-201半导体单光子计数器为研究对象,结合计数器核心部件雪崩光电二极管的工作原理探究其计数光子时的内部过程,推导出每秒钟光子计数值和该计数器几个重要参数触发频率(trigger frequency),门脉冲宽度(gate width),门强制关闭时间(dead time),探测效率(detection efficiency)之间的数学表达式.推导过程着重分析了计数门脉冲的关闭效应对光子探测概率的影响.首先利用泊松分布求解光子计数值与探测效率(detection efficiency)之间的关系,然后将计数过程分成两大部分,分析计数结果与门强制关闭时间(dead time)之间关系.求解得表达式后,利用1550nm激光器作为ID-201的输入光源,在各种不同实验条件下,对该表达式的正确性进行了检验.     

SSPD的低抖动SFQ信号读数

运用单磁通量量子(SFQ)读取技术的超导单光子探测器(SSPD)可以实现低抖动信号的读出。通过优化SFQ读出电路的电路参数,输入电流灵敏度被改善到10μA以下,且该结果比SSPD典型的临界电流小。实验使用脉冲发生器作为输入脉冲源,结果显示测出的SFQ读出电路的抖动值远低于目前测量装置系统超过15μA的抖动电流值。SSPD连接到SFQ读出电路的测量抖动值在37 ps的半高全宽(FWHM)时的SSPD偏置电流约为18μA,这是对传统的没有SFQ读出电路,抖动为67 ps的FWHM的显著提高。     

光子模数转换关键技术及其应用

采用新型可饱和吸收体和锁模机制,研制了低抖动高重频宽光谱飞秒光纤激光器,并实现了高性能光采样脉冲的产生.给出了时间-波长交织和时间拉伸光模数转换系统架构;阐明了通道失配产生的原因及其校正方法;研究了光模数转换在雷达和示波器等系统中应用的关键技术.实验结果表明,利用光子学高速宽带特点实现的光子模数转换器,可有效克服电子瓶颈,实现高速宽带信号的采样.     

半导体激光器短电脉冲调制光脉冲的产生与控制

对半导体激光器短电脉冲调制增益开关法产生皮秒光脉冲动力学过程进行理论分析和实验研究 .基于单模数率方程 ,采用相图 ( Phase Portraits)法分析激光器激射皮秒光脉冲时载流子浓度和光子密度变化的对应关系 .探讨直流参数、调制脉冲参数和器件寄生参量等对产生皮秒光脉冲的影响 .在此基础上 ,研究 In Ga As P/ In P激光器短电脉冲调制产生单发激光脉冲最佳的实验条件     

垂直腔面发射激光器工作电流-输出光功率强度模型参数估计方法的改进

考虑垂直腔面发射激光器(VCSEL)在稳态时载流子数和光子数关系,改进了工作电流与输出光功率强度(L-I)模型的经验公式,利用交替方向乘子法,基于实测数据确定模型的参数.该模型在考虑激光器的偏置电流受激光器温度影响的同时,还考虑了激光器内部参数之间的耦合关系.仿真结果显示,改进后的模型所得参数,代入经验L-I模型,在相同算法条件下,和实测数据之间的均方误差值比仅考虑激光器偏置电流受温度影响的L-I模型的参数估计方法降低了约1.61 d B.同时,在较高的温度下工作,改进L-I曲线工作电流的有效区间更大.     

高精度脉冲式激光测速中的单周期抖动误差的研究

研究了脉冲式激光测速中单周期抖动误差的成因,并推导了其理论最大值的计算公式.分析比较了两种减小单周期抖动误差的方法,模拟插入法和数字插入法.在实际的脉冲式激光雷达系统中,获得不同时间分辨率下的测速误差.通过对实验数据的分析,得出在小于0.3 m/s测速标准偏差的要求下,需要达到的时间分辨率.最后给出结论.     

窄带滤光片精确波长激光器高频调制特性研究

采用窄带滤光片作为选频元件对精确波长激光器高频调制特性进行了小信号分析.优化设计了外腔长度,兼顾了激光器的阈值特性和工作稳定性;给出了适用于外腔情况的光子寿命表达式;讨论了外腔反射率、管芯与外腔耦合效率以及外腔长度对光子寿命的影响.数值分析结果表明该类型激光器的调制响应特性主要取决于等效光子寿命,受偏置电流影响不大.当外腔反射率为72%,管芯与外腔耦合效率为80%,等效外腔长度为9.7 mm时,光子寿命为100 ps,激光器的调制带宽约为2 GHz,适合于以太网无源光网络中波分多址技术应用的需要.     

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.     

提高取样积分器稳定性的平衡取样法

提出了一种提高时间分辨率取样积分器稳定性的平衡取样法。利用平衡混频器能够消除本振噪声的原理，将两个单二极管取样门接成对称结构，由一个取样门脉冲控制，通过差分放大消除取样脉冲、偏置电压和二极管参数等变化引起的基线漂移，提高了取样积分器的稳定性。同时，在基于取样积分器的近距离冲激雷达中，可以大大提高接收机的灵敏度和目标检测概率。     

High power,longevity gallium arsenide photoconductive semiconductor switches

A GaAs Photoconductive Semiconductor Switch (PCSS) with a 3-mm gap between the two opposed contact electrodes was developed with carefully chosen GaAs material, mechanical structure design, contact fabrication techniques and its insulation protection. It is charged by a pulse power supply under a bias of 15 kV, illuminated by laser pulses of 1064 nm in wavelength, 56.12 μJ in optical energy per shot and 1 kHz pulse repetition rate (PRR). The GaAs PCSS can last for more than 3.6×106 shots and produce output ...     

Photon statistics measurement by use of single photon detection

The direct measurement of the Mandel para-meter of weak laser pulses, with 10 ns pulse duration timeand the mean number of photon per pulse h-being approxi-mately 0.1, is investigated by recording every photocountevent. With the Hanbury Brown and Twiss detection scheme,and not more than one photon per pulse being detected dur-ing the sample time by single-photon counters, we havefound that the single mode diode laser with driving currentlower than the threshold yields a sub-Poissonian statistics. Inaddition, when the diode laser driving current is muchhigher than the threshold, it is validated that the Mandelparameter Qc of the Poissonian coherent state is nearly-n/2. The experimental results are in good agreement withtheoretical prediction considering the measurement error.     

半导体激光器开启瞬态噪声的模拟计算

利用状态空间法通过对含噪声项的Ｌａｎｇｅｖｉｎ速率方程的求解,得到半导体激光器开启瞬态光子数噪声的方差及其自相关函数．结果显示,半导体激光器非稳态的光子数噪声主要表现为弛豫振荡的颤抖时间．     

规则泵情况下激光的光子数分布

利用光子数表象推导了泵噪声被抑制情况下的激光的光子数分布．它表明,在以往利用光子数表象计算光子数分布产生负几率的原因并不在该表象本身,而是因为截断了主方程所造成的．并在不截断主方程的基础上,导出了规则泵及原子自发辐射被抑制的激光系统的光子数分布的特征函数及分布函数．特征函数可被用来很方便地求解光子数分布的各阶矩．这一方法可推广到不完全规则泵和考虑原子自发辐射的情况．     

原子光诱导自电离时间特征

研究了二能级原子在光脉冲作用下的自电离时间特征。峄高斯型光脉冲，进行了薛定谔运动方程的数值求解，结果表明存在最佳光强值，在此光强下单位时间内电离数目最多。获得了指数型光脉冲作用下原子自电离几率的解析表达式。     

有效二能级原子与压缩相干态相互作用中光子数统计分布特征

研究了有效二能级原子与单模压缩相干光场相互作用过程中光子数概率分布的特性.结果表明,有效二能级原子的虚能级上、下移动时,光子数概率分布趋于稳定的分布,场的奇、偶相干态的量子干涉效应逐步减弱     

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。     

基于单光子激光雷达远距离海上测距的实现

单光子激光雷达具有探测灵敏度高、响应速度快、测量精度高等优势,但在实际工作中易受到背景噪声等问题干扰。针对海面远距离平程目标测量,提出基于高速数字信号全通道实时处理(digital signal process,DSP)研究,通过分析海面上空大气溶胶对激光测量的影响,分析不同的海面能见度对测量系统造成影响的差别,对比相同海域条件下常规测距与单光子测距威力的差别,同时开展适应海面环境的单光子回波通道的数字处理算法研究。在良好天气条件下,对海岸线静止目标53 km大山(发射光学衰减10 dB)探测概率高于95%,对海上38 km运动渔船等小目标进行实时跟踪测量,获得到目标距离信息,且该系统工作稳定可靠。     

改进TCP VEGAS拥塞控制协议及其在无线链路中的应用

针对无线信道的随机丢包和时延抖动提出一种基于TCP VEGAS的改进拥塞控制算法。发送端基于确认包中的ec_位估计前向链路的拥塞概率,发生丢包时如果该拥塞概率没有增加则认为是信道引起的丢包。另外,利用低通滤波器对回程时间（RTT）进行平滑,作为TCP VEGAS拥塞控制的基础。基于NS-2的仿真实验验证了算法的有效性。     

Nonlinear optics in the extreme ultraviolet

Nonlinear responses to an optical field are universal in nature but have been difficult to observe in the extreme ultraviolet (XUV) and soft X-ray regions owing to a lack of coherent intense light sources. High harmonic generation is a well-known nonlinear optical phenomenon and is now drawing much attention in attosecond pulse generation. For the application of high harmonics to nonlinear optics in the XUV and soft X-ray regime, optical pulses should have both large pulse energy and short pulse duration to achieve a high optical electric field. Here we show the generation of intense isolated pulses from a single harmonic (photon energy 27.9 eV) by using a sub-10-femtosecond blue laser pulse, producing a large dipole moment at the relatively low (ninth) harmonic order nonadiabatically. The XUV pulses with pulse durations of 950 attoseconds and 1.3 femtoseconds were characterized by an autocorrelation technique, based on two-photon above-threshold ionization of helium atoms. Because of the small cross-section for above-threshold ionization, such an autocorrelation measurement of XUV pulses with photon energy larger than the ionization energy of helium has not hitherto been demonstrated. The technique can be extended to the characterization of higher harmonics at shorter wavelengths.