DBR光纤激光器压力传感系统的研制

研制了一种基于正交偏振形式的双频分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflection,DBR)光纤激光器光纤压力传感器系统。当外部压力作用在光纤激光器谐振腔上时,光纤晶体双折射的变化会引起正交偏振方向上的激光频率发生变化,从而导致输出拍频频率改变。利用快速光电二极管将双频激光输出的拍频信号转换成射频电信号,通过一个射频混频电路将该信号与频率合成器产生的本地振荡信号混频并低通滤波放大整形,变为400 M以下的调频信号,再利用ECL定时计数电路系统记录拍频信息并通过USB接口送入计算机。实验表明,在0~1.5 N范围内线性拟合度高达99.97%,压力灵敏度为400 MHz·N-1。     

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.     

偏振耦合实现分布反馈光纤激光保偏输出

提出了一种通过偏振模式耦合方式实现分布反馈光纤激光器保偏输出的方法,分布反馈光纤激光器是由刻写在有源光纤上的相移光栅构成的一种窄线宽光源。由于侧面紫外曝光过程造成的光纤极化,这种光纤光栅激光具有线偏振特性,但光路结构一般是由单模光纤构成,因此激光的线偏振特性无法保持。通过监测激光偏振耦合输出功率,可以间接识别激光线偏振方向,将激光线偏振方向和保偏尾纤二次耦合熔接,可以实现窄线宽分布反馈光纤激光的保偏输出。实验得到了偏振消光比大于30 dB,输出稳定线偏振光的分布反馈光纤激光器,且激光效率、线宽、噪声等较原始单模输出时均未发生明显变化。     

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．     

宽频带空间光外差信号采集系统

双频激光器是诸多精密测量应用的核心传感部件。为解决双频Nd:YAG激光器拍频信号频差大、功率小、难以采集的技术难点,该文设计并实现了一套宽频带空间光外差信号采集系统。采用大口径光纤准直器有效地解决了对空间光束的耦合接收问题,送入高速光电接收器进行光电转换,经集成微波放大器模块对频差信号进行放大,最后由VB语言实现频率计与计算机的通讯,完成拍频信号的实时采集和存储。实验结果表明:该系统对空间光信号耦合效率高达90%,放大器增益47dB,实现了对1.5GHz以内拍频信号的有效采集。此系统效率高、可移植性好,为双频激光器大频差信号提供了可靠的采集方法。     

利用两台独立激光器的拍频方法监测激光频率的锁定

采用两束独立激光拍频的方法,利用中心波长为780 nm的TOPTICA半导体激光器作为参考光对另一台中心波长为780 nm的MOGLABS半导体激光器锁定频率的稳定性进行监测.为了获得最优的拍频信号,对拍频条件进行了观测,分析了待测激光的光强、待测激光束与参考激光束的夹角及其偏振方向夹角对拍频信号的影响.在拍频信号最优的情况下,得到拍频信号的漂移量为1.804 MHz,可以认为待测激光的锁定频率是比较稳定的.拍频的方法为激光频率的锁定提供了一种有效的监测手段.     

利用微波锁相频率计数器实现激光相位锁定的实验研究

稳定激光频率是进行高分辨光谱、精密测量的前提条件.文章利用微波锁相频率计数器,用一台已锁定的激光器,通过拍频信号将另一台激光器锁定在需要的频率差范围内(10 MHz～20 GHz),达到3～4 h稳频的目的,为研究原子系统中的电磁诱导透明光谱、拉曼光谱、四波混频等提供实验依据.     

短波长输出的掺镱光纤及其激光器研究

基于激光小信号增益和速率方程理论,对影响短波长掺镱光纤激光器输出的因素进行了理论研究,发现只有当掺镱光纤粒子数反转率大于50%、芯包比大于0.086和0.54时才分别有利于1 018nm和980nm的激光输出.利用满足小信号抑制条件的掺镱光纤搭建短波长光纤激光器模型,分析表明1 018nm激光器增益光纤最佳长度为5.6m,合适输出镜反射率为10%~20%,980nm激光器增益光纤最佳长度为1.4m,合适的输出镜反射率为20%~30%,为实现高功率的短波长激光输出提供了重要理论依据.     

基于高SBS阈值的HNLF产生高重复频率超短光脉冲

基于光纤中的四波混频(FWM)产生高重复频率超短光脉冲的原理,并为抑制光纤中的受激Brillouin散射(SBS),采用非均匀掺杂高SBS阈值非线性光纤,通过FWM对双拍频信号进行整形压缩,实验上获得了100GHz的高重复率超短光脉冲序列,进而分析了入纤功率对输出光脉冲的影响。     

1.7～1.9 μm波段氟化物光纤拉曼激光器的理论研究

文章数值分析了基于氟化物光纤的级联拉曼脉冲光纤激光器;利用分步傅里叶法,分析了输出端耦合比、泵浦功率和光纤长度对激光器输出功率和转换效率的影响;并对激光输出进行波长调谐分析,从理论上为实现1.7～1.9μm波段的波长可调谐拉曼脉冲光纤激光器提供了依据.研究结果表明:利用1.55 μm波段的泵浦源,通过一阶和二阶拉曼散射...     

基于旋转折变型长周期光纤光栅的压力传感器

利用CO2激光脉冲以单侧入射方式在普通单模光纤上写出了一种折射率沿光栅轴向呈旋转分布的长周期光纤光栅．横向负载实验表明,对于折变旋转度为270°的旋转折变型长周期光纤光栅,谐振峰幅值的横向负载灵敏度为0．44dB／（g-mm^-1）,是普通长周期光纤光栅的7倍;而且由于旋转变化的折射率结构降低了光栅的原始双折射,使得这种光栅在各圆周方向上谐振波长对横向负载都不敏感．利用这一特性可用于制作体积小、操作简单、成本低廉的高灵敏度光强型压力传感器．     

导航接收机数字化射频前端的设计与验证

针对传统导航接收机射频前端在实现多频点信号接收时复杂度高、灵活性差的问题,提出了一种基于直接射频采样的数字化射频前端设计方法．该方法针对整个导航频段信号主要集中在低频和高频2个频段的特点,将这2个频段视为2个整体的带通信号,通过多带通信号采样率选择算法选定射频直采的采样率;由于采样率较高,设计了一种滤波抽取网络来降低数据速率,它利用了射频直采专用A／D可输出半采样率数据的特性,最终实现了各频点导航信号的下变频和分离．该设计方法只需修改软件就可实现多频信号接收,使得系统灵活性大大增加．实验证明该方法是有效的．     

布里渊光时域分析传感器扰偏性能研究

普通单模光纤中存在的偏振效应会对布里渊光时域分析传感器性能产生较大影响。理论分析并实验研究了扰偏器对布里渊光时域分析传感器性能的影响。结果表明,采用扰偏器时光纤末端处的检测信号增益的均方根误差相对于不采用扰偏器时降低约4.26dB,有效地抑制了检测信号的偏振起伏,降低了系统偏振噪声;信号增益提高约1.14dB,降低了信号的偏振相关衰落;布里渊频移的均方根误差降至1.6MHz,提高了布里渊频移的测量准确度。     

16.1 W输出1 064 nm连续单频光纤放大器的实验研究

以976 nm光纤输出半导体激光器为抽运源,采用掺镱双包层光纤,对单块非平面环形腔激光器(NPRO)产生的1 064 nm连续单频信号光进行放大. 当入纤抽运光功率49.6 W,信号光功率200 mW时,由10 m长的增益光纤获得了最高功率16.1 W的连续单频激光输出. 采用不同长度的增益光纤进行对比实验,分析了在一定的抽运光功率和信号光功率条件下,光纤长度对放大输出功率的影响. 研究了放大器的输出光谱特性,分析了信号光对光纤中放大自发辐射的抑制情况. 用F-P频谱分析仪对放大前后的频谱进行测量,证实放大器实现了单频放大.     

环境对单分子体系荧光光子统计性质的影响

利用近年所发展的产生函数（Generating Function）理论方法,研究了激光场和射频场共同驱动下单分子二能级体系发射荧光光子的统计性质.对在激光脉冲和射频脉冲场作用下单分子二能级体系的荧光光子发射特性进行了理论研究,并讨论了单分子二能级体系发射光子的控制等有关问题.     

16.1W输出1064nm连续单频光纤放大器的实验研究

以976 nm光纤输出半导体激光器为抽运源,采用掺镱双包层光纤,对单块非平面环形腔激光器（NPRO）产生的1 064 nm连续单频信号光进行放大.当入纤抽运光功率49.6 W,信号光功率200 mW时,由10 m长的增益光纤获得了最高功率16.1 W的连续单频激光输出.采用不同长度的增益光纤进行对比实验,分析了在一定的抽运光功率和信号光功率条件下,光纤长度对放大输出功率的影响.研究了放大器的输出光谱特性,分析了信号光对光纤中放大自发辐射的抑制情况.用F-P频谱分析仪对放大前后的频谱进行测量,证实放大器实现了单频放大.     

亚麻/低熔点涤纶热压非织造毡层间黏结性能研究

为研究熔融涤纶对亚麻纤维非织造毡的渗渍效果,优化亚麻/低熔点涤纶复合材料板的层间黏结强度,分析了在非织造毡热压成型复合材料过程中温度和压强对亚麻/低熔点涤纶纤维涤纶渗渍情况的影响,通过测试非织造毡内层温度、材料剥离强度和剥离面形貌,研究了压强对非织造毡内部温度的影响.结果表明:由于低熔点涤纶的流变特性,增大压强可以改善非织造毡内外温差;而在外表温度变化不大的情况下快速提高其内部温度可以加快流动与浸透,缩短热压成型时间,从而提高生产效率.     

熔锥形光纤声发射传感器的实验研究

为克服传统的压电传感器体积大、质量大及易受电磁干扰等缺点,研制一种基于熔锥形光纤耦合器的新型光纤传感器。通过在铝板和碳纤维复合材料层板上进行断铅声发射探测实验,分析其频谱,得到频率响应为300kHz,比压电传感器的频率200kHz响应高。将该传感器对纤维缠绕压力容器打压时进行在线检测,得到水压分别为2．4和3MPa时的声发射信号,得出压力容器会发生基体开裂和界面损伤两种损伤模式。结果表明,该传感器具有制作简单、体积小和灵敏度高等优点,能够探测频率为几十千赫兹到几百千赫兹的声波。     

毫米波光载射频系统研究的新进展

论述毫米波光载射频（radio over fiber,RoF）系统研究的新进展.发展了基于光学倍频（optical frequency multiplication,OFM）概念的毫米波光学生成理论与技术,包括通过电光调制器的高阶光波边模形成、光探测器自外差射频(radio frequency,RF)产生方法的推导、双向毫米波RoF系统的设计等;提出中频正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing,OFDM）毫米波调制的新方案,对光调制器非线性造成的OFDM信号的失真建立完整的数学模型,优化光调制度;同时,实现双向40 GHz RoF实验系统,传输速率达到100 Mbit/s.