Y型腔正交偏振激光器的模竞争和光强调谐特性

建立了Y型腔正交偏振激光器光强调谐实验系统,通过改变非共用腔腔镜上的压电陶瓷电压来改变分裂频差,通过改变共用腔腔镜上压电陶瓷电压实现共用腔调谐。报道了不同分裂频差下共用腔调谐过程中激光器的光强调谐曲线和相应的拍频变化曲线。采用三阶微扰近似下的兰姆半经典气体激光器理论,较为全面地分析和总结了影响光强调谐规律的各种因素及影响机理。理论分析表明在采用氖双同位素的Y型腔正交偏振激光器内,纵模的单程损耗、单程增益、相邻纵模间的分裂频差等因素通过光强的自洽方程影响纵模竞争的强弱及竞争结果。总结了不同频差下的光强调谐和拍频变化规律,并对其进行了理论分析与解释。     

回馈中的若干激光物理效应

文中将两个激光物理概念"激光回馈效应"和"正交偏振激光"交叉结合,并向"纳米干涉技术"应用渗透产生新的结果."激光回馈效应"(又称激光自混合效应)是激光器的十分重要的物理现象,当激光器输出光束被前进路程上的反射面反射回激光内部时,这一现象总要发生."偏振"也是大多数类型的激光器输出光束的特性.腔内有量子阱、布儒斯特窗、双折射元件等偏振机制或元件时,激光器必是偏振输出.即使无此类元件,大多数类型激光器输出的每一个纵模(频率)也都是线偏振的,且相邻的两个纵模经常是正交偏振的.作者课题组发展了新类型的HeNe和Nd:YAG微片激光器:正交偏振激光器(双折射双频激光器)输出两个模(频率),模间隔可调且偏振态垂直.作者意识到,模(频率)间隔的改变(特别是很小的间隔)导致模竞争强度改变.还认识到,正交偏振特性正好可利用来研究这种改变:可用偏振分光镜将正交偏振激光束中的两正交模分开,以研究每个偏振态各自的特性和它们之间的相互作用.在研究之前,人们对外腔调谐的研究都是用一个反射镜将激光输出的光束的全部纵模(频率)反射回激光器.这就意味着不区分纵模多少及其间隔大小,不区别激光输出的偏振状态,不顾及激光频率之间的竞争.如果说以往是站在激光器外头研究回馈,研究是进入激光器内部研究回馈:由偏振器件将两正交偏振频率分开,研究每个偏振频率的回馈行为,研究它们之间的相互影响.作者课题组取得的主要发现点包括:(1)设计了(单模激光器腔调谐+PBS分开正交偏振两成分)的方法研究激光器模间作用、光强改变及偏振特性.(2)双折射双频激光器、M3弱反射并调谐:o、e光强度曲线均为类正弦;两频频差小于200 MHz时,o、e曲线的位相差随频差变大而减小;两频频差大于200 MHz时,o、e曲线位相差为相对腔长和相对频率分裂量的乘积.(3)双折射双频激光器、M3中等反射率并调谐:o、e光强度总是反向变化;一周期分为缓交换区和快交换区;两个等光强点:缓区的高于快区的.(4)单纵模激光器,M3高反射并欠准直,M3调谐:M3每位移λ/80,光强变化一个周期,即生成了纳米光条纹.(5)单纵模激光器,M3高反射并欠准直,M3调谐:M3每变向一次激光偏振态旋转90°一次.(6)外腔内有λ/4片、M3调谐:光强调制曲线倍频,即外腔长每变化λ/4,光强变化一个周期;曲线类似正弦全波整流;如波片快轴与光偏振方向平行或垂直,相邻周期偏振态正交;如波片快轴与激光器偏振方向夹45°角,偏振态不因M3调谐而变.(7)波片置外腔、M3调谐,强度曲线上一种偏振态占据宽度和一个周期宽度之比等于双折射元件位相延迟.(8)双折射一塞曼双频激光器,M3调谐:单偏振回馈,o、e光强调制曲线都为类正弦,变化趋势相反;双偏振回馈,o、e曲线的相位差因M3运动方向不同分别为π/2或3π/2.(9)Nd:YAG双频激光器、M3调谐,M3反射率越大,光强调制越深;频差是外腔自由光谱区1/2的偶数倍,调制深度最小;奇数倍时,调制深度最大.(10)用"任意位相差波片外腔、M3调谐:强度曲线上一种偏振态占据宽度和一个周期宽度之比等于双折射元件的位相延迟"的原理已制成新的波片测量仪,其具有高精度和可在位测量的特点.     

功率调谐曲线的理论分析

在三级微扰理论下,利用频率分裂驻波激光器中“单模对”运转情况下的自洽方程组和光强的互饱和作用对曾报导过的实验现象(不论激光器充Ne的单同位素还是充Ne的双同位素,也不管输出光的频差多大,随着腔长的调谐,o光和e光的功率变化方向始终是相反的)进行理论上的说明。     

内腔式He—Ne激光偏振特性的研究

本文比较全面地论述了内脏式6528埃He—Ne激光的偏振特性.文中首先介绍了各种同腔长He—Ne激光器输出光的偏振特性以及在均匀轴向磁场下的偏振特性.进一步从理论上证明了单模线偏振以及相邻纵模正交偏振的一般规律,定性解释了多纵模激光器中相邻纵模平行偏振的特性.对于在均匀轴向磁场下的偏振特性也作了理论分析.最后,还分析了内腔He—Ne激光器在横向磁场下激光的偏振特性.     

角锥棱镜腔Nd3+:YAG激光器被动锁模的理论分析和实验研究

报道了角锥棱镜腔Nd3 :YAG激光器的被动锁模理论分析和实验研究.理论分析并数值模拟了角锥棱镜旋转导致的腔内偏振态和光强的变化.利用偏振镜得到了线偏振的脉冲激光输出,并且和角锥棱镜一起改变腔内偏振态.实验中通过旋转角锥棱镜改变腔内的偏振态,调节腔内光强,得到被动锁模和被动调Q两种状态的脉冲输出,与理论分析的结果相一致.     

用于毫米波产生的平衡输出单纵模双波长光纤激光器

报道了一种可用于生成毫米波源的单纵模双波长光纤激光器。该激光器采用保偏光纤布拉格光栅作为波长选择器件,其选出的两个波长是正交偏振态的,增强了偏振烧孔效应,有效减少了不同波长之间的竞争,得到稳定的双波长输出.利用复合腔的游标效应抑制多模振荡,实现激光器单纵模运转。双波长间隔约0.318 nm(39.8 GHz),边模抑制比(SMSR)大于50 dB.     

单FBG双波长掺铒光纤激光器的设计与实验研究

为给密集波分复用(DWDM)光纤通信及光纤传感系统提供理想光源,设计了一种双波长环形腔掺铒光纤激光器。该激光器采用单支光纤光栅(FBG)和2个3dB耦合器构成可调谐光滤波器,结合多模光纤的偏振烧孔效应,通过改变系统的偏振态来获得波长可调谐的双波长激光输出。实验结果表明:改变系统的偏振态时,可分别获得单波长和双波长激光输出,双波长光纤激光器的最大波长差为4.692nm。引入多模光纤后,激光跳模现象得到明显抑制。     

长波长垂直腔面发射激光器开关及双稳特性

为了研究垂直腔面发射激光器偏振转换特性,基于自旋反转模型,数值研究了正交光注入下1550nm垂直腔面发射激光器频率诱导偏振开关及双稳特性。结果表明,在正交光注入下,连续改变注入光与激光器光场内x线性极化模的频率失谐可诱导产生两类偏振开关和偏振双稳现象,且注入光强与偏振电流的变化都显著影响双稳宽度和激光器的输出特性;合理选择操作条件,可实现对1550nm垂直腔面发射激光器频率诱导偏振开关及双稳的控制。这一结果对垂直腔面发射激光器在全光开关和全光存储等领域的应用具有参考价值。     

基于NPR效应的可调谐多波长被动锁模光纤激光器

提出了一种基于非线性偏振旋转(NPR)效应的被动锁模光纤激光器,以980 nm半导体光源作为泵浦源,5 m长的掺铒光纤(EDF)作为增益介质,利用两个偏振控制器(PC1和PC2)和一个偏振相关隔离器(PDI)产生NPR效应,作为等效可饱和吸收体,实现对脉冲的窄化,产生稳定的锁模脉冲输出,脉冲宽度为36.02 ns,并通过改变腔中单模光纤的长度探究激光器的输出与腔长的关系,当腔长较长时,实现锁模需要的阈值功率降低,锁模脉冲稳定性较好.通过结合一个3 dB耦合器、1 m保偏光纤(PMF)和一个偏振控制器(PC3)构成的Sagnac环结构,作为梳状滤波器,实现了 C波段从单波长到五波长的多波长可调谐激光输出,并对输出光谱的稳定性进行了测试,光谱稳定性在室温条件下表现良好.实验结果说明该激光器在电域可以产生稳定的锁模脉冲,在光域可以产生C波段从单波长至五波长的可调谐的激光输出,具有广阔的应用前景和较高的研究价值,例如生物医疗领域和波分复用领域.     

基于非线性偏振旋转的可调谐多波长掺铒光纤激光器

实现了一种基于非线性偏振旋转(NPR)的可调谐多波长掺铒光纤(EDF)激光器.偏振相关隔离器和保偏光纤(PMF)是激光器的关键组件.非线性偏振旋转会引起腔体的自滤波和光强的峰值限制效应,从而能有效地减弱掺铒光纤均匀加宽所造成的强烈模式竞争,形成稳定的常温多波长振荡.腔损耗的色散特性使激光输出波长在5 am内可连续调谐.由于激光腔的自滤波周期由腔内双折射强度决定,也可以通过改变保偏光纤的有效长度来实现.当用两段保偏光纤和偏振控制器组合后,实验中得到了间隔为0.25 nm和0.75 nm可调谐的稳定多波长振荡.     

激光探测尾流微气泡的偏振特性研究

为了研究尾流中激光照明气泡幕的散射光强度和偏振的特性,利用基于偏振光传输的蒙特卡洛模型,对偏振激光入射含气泡群水体的三维空间分布模式进行仿真计算。研究了气泡和气泡群在不同气泡尺度,不同散射角条件下的散射光强和偏振状态;分析了气泡幕的气泡数密度,厚度对于散射光强度和偏振状态的影响。研究表明,散射光的强度和偏振度对气泡尺度和散射角较为敏感,气泡尺度参数越大,散射光强和偏振特征越趋向于集中在传输方向的小角度散射;气泡幕的数密度和厚度越大,散射光的强度随散射角度变化的敏感度下降,退偏振效果增强。     

调幅光注入下半导体激光器光强调制特性的实验研究

在受注入光调制的半导体激光器 (LD)光强调制实验中 ,当LD的偏置电流置于某些值时 ,观察到其输出光强不随注入光强改变的实验现象。实验还观察到输出光强的幅度随偏置电流的增加而呈周期性变化。理论分析表明这是由于激活区内载流子消耗、带间载流子吸收综合作用的结果 ,而这些效应与腔内的模式选择、注入电流产生的热效应等过程有关。     

电控矢量涡旋光的偏振测试研究

为了研究电控相位延迟对矢量涡旋光偏振态的影响规律, 采用半波液晶可变延迟器和液晶q波片搭建了电控矢量涡旋光的全斯托克斯偏振测试实验装置, 进行了电控矢量涡旋光的斯托克斯参量传输特性的Muller矩阵分析和实验验证。通过对输入偏振光进行连续相位调控, 获得了其通过调谐q波片后的输出光束偏振态演变规律。结果表明, 电控相位延迟会改变角向和径向偏振光的局域偏振椭偏度, 且随电压变化呈线性关系, 同时偏振态演变会影响矢量涡旋光的输出光强。此研究对于探索电控矢量涡旋光的偏振转换有着重要的意义。     

λ/4波片与λ/2波片组合在调整偏振态势中的应用与分析

线偏振光通过前后摆放顺序不同的λ/4波片和λ/2波片，其出射光的偏振态将被改变，偏振态的变换在激光偏光技术和光信息中应用越来越广。文章利用矩阵光学方法分析按一定方位角摆放的λ/4波片和λ/2波片，在线偏振光通过后的偏振态变化，主要给出了获得椭圆率角不变、椭圆方位角可连续变化和椭圆率角可连续变化、椭圆方位角不变的椭圆偏振光的方法。     

正交偏振光分开探测的He-Ne激光自混合干涉的实验研究

实验研究了He-Ne激光的一般自混合干涉和垂直偏振光分开探测的自混合干涉。研究表明,由于相邻纵模的模竞争效应,在垂直偏振光分开探测的He-Ne激光自混合干涉输出光强中,始终有一种光强占优势。这种优势是随机的,并且与自混合干涉前的光的偏振态无关。     

激光器弛豫振荡过程中光场的偏振特性

利用矢量型激光方程分析了激光器弛豫振荡过程中光场脉冲的偏振特性 .结果发现 ,在弛豫振荡过程中的光场具有线偏振特性 ,偏振方向随时间发生变化 ;在掺钕单横模光纤激光器的弛豫振荡过程中的光场表现出这种偏振特性 .     

楔型液晶盒对入射激光偏振态的影响

为了研究手性液晶传输距离的变化对入射激光偏振态的影响,通过连续改变入射激光在手型液晶中的传输距离,楔型手性液晶盒可以有效地改变入射激光束的偏振状态,使之从初始的线偏振状态变成了近似的圆偏振光,且同初始的入射偏振方向无关。理论计算和实验结果表明,该方法可用于液晶退偏器的理论分析和设计。     

大气湍流对激光空间传输特性影响的实验研究

为了研究大气湍流对不同波长激光传输特性的影响, 利用MATLAB对其进行了仿真, 设计湍流模拟箱进行实验, 将仿真和实验结果对比进行了理论分析和实验验证。对激光波前光强分布进行了观察与记录, 并对不同波长激光束在相同大气条件下的光束漂移和光强起伏做了测量与分析; 就大气湍流对线偏振光的偏振态影响进行了实验观测。结果表明, 随着大气湍流的增强, 激光波前光强分布容易受到明显的影响; 激光束的光强起伏随着波长的增大而减小, 其方差最高到达2.79×10-2, 而光束漂移则与波长无关, 方差最高到达9.11×10-12; 线偏振光受到湍流效应的影响, 其光强产生随机变化, 且随着湍流强度的提高, 变化程度更剧烈。实验测试数据结果与大气湍流理论相符合, 这对激光大气传输的研究具有一定的参考价值。     

Vectorial equations and polarization characteristics of pulsedlasers

Incorporating the vector feature of the laser field, the longitudinal spatial length, and the orientation distribution of the dipole moment in the gain medium, we develop a set of equations that describe the polarization dynamics of a class B laser with a modulated pump, a self-mode-locking laser, and an actively mode-locked laser with a modulated loss. Numerical results show that the first two types of laser operate in a linearly polarized state which changes direction while the third type of laser operates in an elliptical polarization state. In class B lasers with a modulated pump, because the coupling between the light and the medium depends on the dipole moment orientation of the population inversion, and the dominant gain appears alternately in different directions, the changing linear polarization state is induced by the cross-saturation effect of the two orthogonal linearly polarized laser fields. On the other hand, in the self-mode-locking laser the linear polarization state is the result of the coincidence of the dominant field polarization and gain preference for any of the two pulses within the cavity. For the actively mode-locked laser, the gain preference and the dominant polarization of the only pulse in the cavity are always perpendicular to each other, which makes the laser run in an elliptical polarization state     

Standing-wave effect in laser-saturation experiments or when 2 is less than 1

It is pointed out that, in order to obtain as large a population as possible in the upper state by laser pumping, the product of laser intensity and saturation parameter determines whether one gains or loses by reflecting the laser beam back into the saturated sample. Switching the polarization of the linearly polarized return beam by 90° eliminates this problem and is always advantageous.