全固态高功率连续单频稳频1053-nmNd:YLF激光器

报道了激光二极管(LD)端面抽运的1053 nm全固态连续单频稳频Nd:YLF环形激光器的设计及实验结果.为克服Nd:YLF晶体应力裂纹极限小的缺点,采用了较长的、低掺杂的沿c轴切割的Nd:YLF晶体.激光器的阈值抽运功率为4.7 W,当抽运光功率为17.9 W时,单频输出功率可达4.21 W,长期功率稳定性为±0.8%(4.75 h),自由运转频率波动为±10 MHz/min.为了改善激光器的频率稳定性,利用电子伺服系统将激光器的频率锁定在共焦法布里-珀罗(F-P)腔的共振透射峰上,锁定后,激光器的频率波动降低为±1.7 MHz/min.     

基于一种新型结构的F-P腔的频标研究

根据ITU-T的信道标准,和F-P腔作为频标的原理,设计制作了一种能兼顾手动大范围调节法布里-珀罗(F-P)腔间距和压电陶瓷(PZT)细调F-P腔间距的两重结构,使得精确调节腔长变得简单易行,从而可以满足频标研究的要求.利用该新型结构的F-P腔,通过反复精细调节最终将其锁定模式控制在1955,此时F-P腔的自由光谱区(FSR)为100GHz,从而获得了一系列符合ITU-T频率标准的人工频标.     

数字伺服系统实现激光器频率长期锁定

报道了一种用共焦法布里-珀罗(F-P)腔和稳定的He-Ne激光对受控半导体激光器进行长时间频率锁定的方法:稳定的He-Ne激光作为参考标准.通过信号发生器和高压放大器扫描共焦F-P腔,同时将He-Ne激光与受控激光注入F-P腔,得到He-Ne激光与受控激光的透射峰信号,将探测到的透射峰信号输入到数据采集卡中,用LabVIEW软件编写的程序可以确定扫描腔体时所有峰的位置,计算出He-Ne激光透射峰和受控激光透射峰的相对位置.与设定值比较,产生反馈电压信号使受控激光器频率稳定在设定值,将He-Ne激光的稳定性转移到受控激光上.利用此方法,实现了将半导体激光器(DL100)的激光频率稳定在所选择的波数为11716.1706 cm-1的位置,一小时频率漂移小于±2 MHZ.     

用镱空心阴极灯稳频的高功率紫外激光二极管

在镱激光冷却和捕陷实验中，展示了稳定在Yb空心阴极灯中Yb共振跃迁398.9nm的高功率紫外扩展腔二极管激光器(ECDL)。通过无调制二色性原子蒸气激光锁定技术，得到频率-色散信号，利用它把紫外扩展腔二极管激光器稳定，在1秒平均时间，频率稳定低于1MHz，可用输出功率15mW 。     

大频差双折射双频Nd:YAG激光器

提出并论证了一种新型双频激光器研究方案,即在激光二极管(LD)抽运Nd:YAG激光器的谐振腔内,插入一只集纵模选择与纵模分裂于一体的多功能元件――晶体石英F-P标准具。因腔内存在双折射效应,每一激光纵模分裂为两个相互正交的线偏振模,即o模和e模;同样,Nd:YAG激光增益带宽范围内标准具的唯一透射极大峰也一分为二,即分裂为o峰和e峰。使一个o模位于o峰的峰顶处,并使一个e模位于e峰的峰顶处,即可实现o模和e模的同时运转。将厚度为0.645mm,切割角(晶体光轴与晶体表面法线间的夹角)为10°的晶体石英F-P标准具,置于腔长为40mm的Nd:YAG激光谐振腔内,获得了双纵模同时振荡输出,其频差约为2GHz。     

用于频分复用相干光纤通信的半导体激光器稳频系统

本文以Fabry-Perot干涉仪为鉴频器,并利用其众多梳状透过峰,实现了若干半导体激光器的稳频,相对频率稳定度可达10~(-11)量级(τ=10s)。还实现了数个激光器对一主激光器的频率跟踪。     

输出770 mW的全固态连续单频蓝光激光器

为获得稳定输出的全固态蓝光激光器,在考虑了准三能级Nd:YAG晶体的自吸收损耗、热致透镜效应的基础上,设计了4镜环形谐振腔,采用激光二极管(LD)端面抽运复合Nd:YAG激光晶体,在腔内插入布儒斯特片作为起偏器,由λ/2波片和TGG晶体组成单向器,通过周期极化KTP(PPKTP)内腔倍频,实现了连续单频运转的473 nm蓝光激光器.当激光二极管的抽运功率为20 W时,最大连续单频473 nm蓝光输出功率为770 mW,长期功率稳定性优于±2.2%.利用电子伺服系统将激光器的频率锁定在共焦法-珀(F-P)腔的共振透射峰上,蓝光激光的频率稳定性优于±5 MHz/min.     

半导体激光器的原子法拉第反常色散光学滤波器光反馈稳频

为提高半导体激光器的频率稳定性，利用原子法拉第反常色散光学滤波器（FADOF）超窄带的选频透射特性，将其置于半导体激光器的外腔中作选频元件，采用光反馈的方法，使得透射率低的激光频率分量被抑制，透射率高的激光频率分量被加强，有效地实现了光反馈激光稳频。利用Cs原子法拉第反常色散光学滤波器工作于D2线852nm的4峰窄带透射状态。通过调节半导体激光器的温度和电流，调谐半导体激光器的输出波长，将激光器锁定在任何一个透射峰上，用26％的光反馈量，使稳频后的激光频率长期稳定性保持在75MHz／2h以内，而且采用这种稳频方法的输出激光中心波长一直稳定在频率基准上，没有单方向漂移。同时，还实现了Cs原子法拉第反常色散光学滤波器稳频半导体激光器结构的一体化，使其具有实用性。     

F-P干涉仪在长度测量领域的应用

F-P标准具和干涉仪利用多光束干涉的原理,产生极锐的干涉条纹并且谐振频率对F-P腔长的变化非常敏感,根据这些特点,从利用F-P干涉仪进行激光器的频率锁定、稳频,光学倍程精密定位和纳米测量三个角度综述了在长度测量领域F-P干涉仪的发展情况;在分析主要存在的问题和解决方法的基础上,讨论了F-P干涉仪的发展方向,并指出在纳米测量中F-P干涉仪将起到越来越重要的作用。     

F-P干涉仪在长度测量领域的应用

F-P标准具和干涉仪利用多光束干涉的原理,产生极锐的干涉条纹并且谐振频率对F-P腔长的变化非常敏感,根据这些特点,从利用F-P干涉仪进行激光器的频率锁定、稳频,光学倍程精密定位和纳米测量三个角度综述了在长度测量领域F-P干涉仪的发展情况;在分析主要存在的问题和解决方法的基础上,讨论了F-P干涉仪的发展方向,并指出在纳米测量中F-P干涉仪将起到越来越重要的作用。     

基于共焦法布里-珀罗腔的无调制激光频率锁定

将激光器锁定到合适的参考频率上,可以有效改善激光器的频率稳定性。对于共焦法布里-珀罗(CFP)腔,沿腔轴的光路与同腔轴有一小夹角的光路对应的光程不同,因此二者对应的腔共振透射峰的频率之间会发生相对频移。这一特性可用来产生以共焦法布里-珀罗腔作为频率标准稳定激光频率的类色散型鉴频曲线,而不需要对激光频率或者共焦法布里-珀罗腔长进行调制扰动,也无需采用相敏探测。实验中实现了自制的852 nm光栅反馈半导体激光器相对于共焦法布里-珀罗腔的无调制频率锁定,由闭环锁定后的误差信号分析,30 s内典型的频率起伏小于340 kHz,较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏(约10 MHz)有了显著的改善。还通过调节入射到共焦法布里-珀罗腔两光束之间的夹角来改变频移量,对不同频率间隔下的类色散型鉴频曲线的斜率以及对激光器锁频后的频率稳定性作了比较。     

专利与文献

本书共两部分:(1) 非稳腔、波导共振腔、环形激光共振腔和具有反射率可变反射镜的共振腔的基本原理,激光频率的稳定和多模激光束传输;(2) YAG激光器、染料激光器、高功率激光器、激光二极管泵浦固体激光器、光纤激光器、CO_2波导激光器和准分子激光器用的共振腔的工艺。     

2μm波段DBR光纤激光器的超稳腔PDH稳频技术

报道一种可用于超稳腔Pound-Drever-Hall(PDH)稳频的2μm波段分布Bragg反射（DBR）光纤激光器及其频率锁定结果。该绝热封装的光纤激光器配备主动温度控制和压电陶瓷（PZT）频率调谐装置,可满足超稳腔PDH稳频应用。通过周期极化铌酸锂（PPLN）晶体倍频,采用PDH稳频技术将研制的1950 nm光纤激光器频率稳定到了1μm波段超稳腔频率参考上。针对DBR光纤激光器中PZT频率调谐机制只反馈调节腔长,容易在稳频过程中产生激光器跳模进而导致频率失锁的问题,笔者提出并演示了一种对DBR光纤谐振腔实施基于超稳腔频率参考的实时温度控制方案,并采用该方案实现了对DBR光纤激光器超过4周的长期频率锁定。该方案对于实现DBR光纤激光器的长期频率锁定具有较高的参考价值。     

基于PDH技术的光学传递腔的锁定

要实现分子激光冷却,一般需要多束频率稳定的窄线宽激光。提出采用Pound-Drever-Hall(PDH)技术将冷却激光通过光学传递腔的方法锁定到铷原子饱和吸收稳频的半导体激光上,从而实现冷却激光线宽压窄和频率长时稳定的实验方案。设计并制作了法布里-珀罗(F-P)光学腔,建立了光学稳频系统,实现了光学腔到参考光源的锁定。     

He-Ne双折射塞曼双频激光器的等光强稳频研究

在精密测量领域,He-Ne 激光器是制造激光干涉仪的首选光源,因波长作为测量的尺子,激光器的频率稳定性至关重要。介绍了双频激光器的稳频技术原理,利用调谐腔中平行光和垂直光的等光强点作为稳频点,以光强平衡为依据设计热伺服控制电路,采用数字和模拟电路共同控制,实现了He-Ne双折射塞曼双频激光器的频率稳定。对大频差(7.95 MHz)的双频激光器进行拍频测试,单次频率稳定度达10-9量级,重复多次多日测量,频率不确定度达1.07410-8(k=2)。同时对频差稳定度进行测试,频差波动范围在8 kHz以内,相对偏差度为0.001,完全达到商用双频干涉仪的标准。     

利用单共振光学参量振荡器产生1.5μm连续单频激光

报道了利用高功率全固态连续单频1.06μm激光器,抽运由准相位匹配晶体构成的单共振光学参量振荡器(SRO),产生光束质量接近衍射极限的1.5μm连续单频激光的实验研究。实验获得了输出功率为3.2W的连续单频1.5μm激光,光光转换效率达40%,SRO的阈值抽运功率仅为2.5W。当把SRO腔长主动锁定到共焦法布里-珀罗(F-P)腔的共振峰上,信号光的频率稳定性优于3MHz(1min)、功率稳定性优于±0.5%(15min)。该系统的激光波长位于量子态传输波段,可用于研究实用化量子信息处理系统。     

1.53μm光纤光栅外腔半导体激光器乙炔吸收稳频

报道了1.53μm波段光纤光栅外腔半导体激光器的乙炔吸收稳频.通过理论分析参数选择,设计了光纤光栅外腔半导体激光器和光纤光栅调谐与调制结构.利用锁定放大器闭环控制布拉格波长,将激光器输出波长锁定在乙炔气体1530.37 nm的吸收峰上,频率稳定度达10-8.     

单模GaAs/AlGaAs短腔长量子级联激光器

通过缩短Fabry-Pérot腔量子级联激光器的腔长,得到了激射波长为11.4μm的单模GaAs/AlGaAs量子级联激光器。纵模间距与F-P腔腔长成反比,腔长为150μm的器件实现了稳定单模激射,在85K时边模抑制比达到19dB。     

传输腔稳频的397nm半导体激光器

商用的半导体激光器由于其长期漂移大,不能满足单离子光频标中离子的激光冷却和长时间探测的目的。因此,采用了传输腔稳频技术减小商用397nm半导体激光器的长期漂移。利用经过Pound-Drever-Hall(PDH)技术锁定的729nm超稳激光器作参考激光,采用扫描的法布里-珀罗(F-P)干涉仪作传输介质,实现了397nm半导体激光器的长稳锁定。稳频后397nm激光器在1h内的漂移小于1MHz,100s的Allan方差小于1×10-10。这些指标为下一步利用传输腔技术实现866nm激光的长稳锁定打下了基础,同时为优化单个钙离子的激光冷却和长时间精密测量提供了条件。     

380A染料激光器的稳频

用外腔稳频方案对380A染料激光器进行稳频,调频元件采用压电陶瓷,有效地抑制了其与底座的机械共振,使频响提高到kHz,电路单位增盖宽为30kHz。激光器频率波动从几十MHz_(P_P)下降300kHz_(P_P)。