高功率密度光纤性能测试系统设计

针对高功率密度运转下的光纤激光对其适用的光纤器件的许多特殊要求,设计了高功率密度下光纤性能的测试系统。综合比较论证了截断法、插入损耗法、后向散射法三种测试方法。基于插入损耗法设计了双光路光纤测量系统,通过双光路同时测量被测光纤和参考光纤的插入损耗,利用参考光纤光路监控校准输入信号光功率,提高测量精度。对系统的测试方法和测量参量理论上进行了推导和说明,分析了系统的传输效率,设计测量精度可达到插入损耗不大于0.5 dB,回波损耗不小于50 dB。     

飞秒写光纤光栅激光器有源高温传感技术

针对光纤光栅型光纤激光器有源温度传感技术只能进行较低温度以及较小范围温度测量的问题,提出一种飞秒写光纤光栅型光纤激光器高温传感测量系统.将飞秒写光纤光栅嵌入到光纤环形腔结构中,同时作为温度敏感元件和激光波长反馈器件,设计搭建了飞秒写光纤光栅型激光器光路.此光路系统输出光信号带宽为3.45 GHz峰值强度为31.94 dBm,2h内连续光谱检测最大波长漂移为3.25 pm,可视为无跳模现象,实现了高达60 dB的高信噪比、窄线宽、高功率信号输出,同时输出光信号可线性表征光纤光栅温度感应.实验结果表明此传感系统实现了50℃到1000℃大范围温度的线性传感检测,线性度可达0.9975,波长·温度灵敏度为13.8 pm/℃.     

多通道宽带光纤旋转连接器的实验研究

针对光纤旋转连接器在轴向旋转光通信系统中的应用和技术特点,研制了一种基于Dove棱镜和光纤准直器的空分复用多通道宽带光纤旋转连接器。通过分析光信号在多通道宽带光纤旋转连接器中的光路和光程,得出了850、1 310和1 550nm 3波长光路传输时的出射偏移量,并据此设计Dove棱镜的几何尺寸和光纤准直器收发光路,使其达到宽带耦合最佳位置。实验结果表明,经由多通道宽带光纤旋转连接器传输的850~1550nm波长信号最大插入损耗为4.7dB,回波损耗为43.78dB。光纤旋转连接器在-40~70℃时的插入损耗最大变化值为2.0dB。将光纤旋转连接器接入传输速率为1.32Gbit/s的数字视频复用系统中,数字信号的丢帧率为0,以太网和视频指标均满足实际信号传输要求。     

分布反馈光纤激光器自放大特性实验研究

通过相位掩膜板移动法,制作了非对称相移结构分 布反馈光纤激光器(DFB-FL)。为了获得更高的激光功率,利 用同样长度的掺铒光纤(EDF),分别采用同向泵浦和反向泵浦结构方式进行了窄线宽激光信 号的自放大实验,结 果表明,两种自放大结构的DFB-FL均可充分利用泵浦光功率,在保证激 光线宽展宽有限的前 提下,实现了激光信号至少23dB的功率放大。同时,实验结果对比 说明,同向泵浦放大结构更有利于保 持原激光信号的噪声特性。这为较大输出功率的DFB-FL提供了一种简单 可行的方案。     

原油浓度分布光纤层析成像技术的实验研究

本文提出了一种基于光纤过程层析成像技术(OFPT) 检测原油与机油截面浓度分布的新方法。该方法以1310nm 的LD 阵列为光源,由LD 阵列发出的激光,经光纤束传至光纤准直器阵列上变成平行光束,对待测液体进行检测,检测到的光信号到达光电探测器阵列上转换成为光电流,完成检测工作。本实验可实现24 条光路同时检测,实验表明误差小于3. 3 %。     

激光点火检测系统的研究

本文设计了激光点火装置的光路健康度检测与内窥式光纤成像系统,用于对点火光纤光路和点火过程的实时监测。该设计大大提高了激光点火系统的可靠性、安全性,为激光点火技术实用化、产业化提供了保证。     

基于光纤传输的激光引信仿真系统

激光引信是制导武器普遍使用的近炸引信，然而要在实验室内获得接收机窗口处的光信号功率并验证信号处理系统的准确性是比较困难的。针对这一问题，提出一种基于光纤传输的激光引信仿真系统。此系统首先通过耦合透镜和自聚焦透镜将发射机输出的激光束耦合进入光纤通道，然后通过程序控制的宽带光强衰减器实时地模拟光束经过目标反射引起的光强衰减，最后将衰减后的光信号通过光纤传输并经过耦合透镜馈入引信的接收机窗口。该系统的设计能够较为准确地模拟激光引信在交会过程中的回波光功率大小，并可实时地仿真激光引信各通道的回波信号，从而可以在实验室内验证激光引信信号处理系统的可靠性。     

基于光纤光栅法布里-珀罗腔的高效窄线宽光纤激光器

报道了采用双光纤光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er~(3 )光纤为增益介质,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过两个短光纤光栅法布里-珀罗腔选模,产生了稳定的1534．83 nm单频激光输出。激光器采用两支976 nm单模激光二极管(LD)抽运,两端输出。激光器阈值抽运光功率为12 mW,在总抽运光功率为145 mW时总输出信号光功率为39．5 mW,单端最高输出信号光功率为22 mW。光-光转换效率为27％,斜率效率为29．7％。随着抽运功率的增加,激光器输出功率趋于饱和。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了15 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到激光器的线宽小于7kHz。这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄、信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感系统。     

半导体激光起爆试验研究

采用BNCP掺杂炭黑作为激光起爆器的点火药剂,研制了具有点火时间检测功能的激光起爆试验装置,工作波长980nm,光功率0-2W可调,脉冲宽度1-200ms可调。利用该装置开展了系列激光点火试验,结果表明：该起爆药剂的发火阈值功率为240mW,最小全发火功率为400mW,最大不发火功率为80mW;点火功率大于最小全发火功率时的典型点火时间为600μs。     

基于45°倾斜光纤光栅的光纤激光频率梳（特邀）

利用45°倾斜光纤光栅(45°-TFG)作为光纤型起偏器,搭建了一台高可靠性高稳定性的掺铒锁模光纤激光器,并以此为基础实现了重复频率f_rep和载波包络偏移频率f_ceo的精确锁定。当泵浦功率为228 mW时,基于45°-TFG的锁模激光振荡器可实现3 dB光谱带宽为60.4 nm、脉冲宽度为68 fs的超短脉冲输出,在12 h内功率的均方根稳定性达到0.033%,且在较大的泵浦范围内均能维持较好的展宽锁模状态。经过自主搭建的非线性脉冲放大、超连续谱产生以及f-2f自参考拍频干涉光路,获得了信噪比为32 dB的f_ceo信号。最后通过搭建基于锁相环的主动反馈控制电路,将f_rep和f_ceo信号溯源至一台GPS时频系统,最终测得f_rep和f_ceo信号归一化后在1 s门时间内频率稳定度为2.38×10^-12和6.41×10^-16。这是首次实现基于45°-TFG的光纤激光频率梳,表明了基于45°-TFG的...     

激光辐照材料热效应问题的有限元实现

针对激光辐照光学透镜产生的热效应问题,选用有限元法推导了光学透镜模型的热传导方程的有限元求解格式,基于Matlab编程实现了计算光学透镜在脉冲激光辐照下的温度场分布。研究结果表明,光学透镜的温度随辐照激光光斑半径的增大而减小;随激光脉冲数目的增多而增大,但是由激光能量的累积效应所导致的材料温升并不显著;随激光功率的增大而增大,是影响材料温升的显著因素,当功率增大到一定数值时将造成光学透镜的损伤,文中激光功率达到250 mW时造成材料的熔融损伤。     

基于谐波检测原理的双光路CH4检测研究

基于谐波检测原理,研究了一种高灵敏度易于实现的近红外光谱吸收型光纤CH4气体传感器.系统采用分布反馈式(DFB)LD做光源,通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,加入参考光路和参考气室,利用2个二次谐波的比值作为系统输出,消除了光源波动和光路干扰的影响,建立了传感器的数学模型,给出了CH4气体测量系统的实验结果,实验表明,该仪器的检测灵敏度可以达到1×10-4.     

谐振式光学陀螺锁频偏差的消除方法研究

谐振式光学陀螺系统需要使用激光器跟踪锁定谐振频率进行角速度检测,但其所用的半导体激光器存在光功率波动问题,受到相位调制器残余强度调制的影响,会使系统的解调曲线中心点发生偏移,导致陀螺系统出现锁定偏差,输出路形成长期漂移,该文对此进行了仿真分析与实验测试,并通过标定光功率与解调曲线中心点的方式得到两者线性关系,实时检测光功率补偿陀螺系统锁频点,消除光功率波动引起的陀螺输出误差,在本方案下陀螺系统的零偏稳定性测试为80 (°)/h,且输出路无漂移现象,能够提升陀螺系统的长期工作稳定性。     

激光二极管列阵泵浦Yb：YAG/LBO 525nm绿光激光器

报道了激光二极管列阵(LDA)端面泵浦的全固态腔内倍频525 nm绿光激光器.Yb:YAG晶体掺杂浓度10-at.%,几何尺寸为φ4 mm × 1 mm,利用半导体致冷器(TEC)对其进行温度控制.倍频晶体选用按Ⅰ类临界相位匹配角度切割的LBO,位相匹配角度为(θ,φ)=(90°,12.2°).采用线性平凹腔结构,在LDA泵浦功率为11.3 W时,获得了最高功率为244 mW的525 nm连续激光输出,光-光转换效率为1.98%     

超短脉冲激光测量的标定方法

在研究总结现有超短激光脉冲测量方法的基础上，对皮秒激光脉冲的测量及飞秒激光脉冲自相关二次谐波(SHG)的测量方法进行了统一的校正。实验中，利用迈克尔逊干涉光路的相对光程差，产生已知时间间隔，作为时间基准对皮秒、飞秒激光脉冲的测量进行了标定。     

Coherence of a room-temperature CW GaAs/GaAlAs injection laser

The temporal coherence of a stripe-geometry double-heterojunction GaAs/GaAlAs laser operating CW at room temperature was determined. A heterodyne detection scheme was used involving the mixing of the laser field with a frequency-shifted and time-delayed image of itself in an interferometer. Because the laser device oscillated in several longitudinal modes, the autocorrelation function of its output exhibited resonances for specific time delays. The rate at which the amplitude of these resonances decreased with increasing time delays provided a measure of an apparent coherence length associated with individual longitudinal modes. The coherence length, so defined, was found to increase linearly with drive current in excess of threshold. This observation is interpreted as evidence that the intrinsic linewidth of a longitudinal mode is inversely proportional to the coherent optical power in that mode. Apparent coherence lengths were a few centimeters for a few milliwatts of total optical power emitted per facet. For a perfectly balanced interferometer, a sharp heterodyne beat signal was also observed when the laser device was operated considerably below threshold, i.e., in the LED mode.     

双频激光相干探测差频信号影响因素分析

为实现高速运动目标的低多普勒探测,提出了双频相干激光的差频光探测方法。对双频激光相干产生的差频信号光学影响因素进行了分析。首先,根据干涉理论得到差频光,结合维纳-辛钦定理推导得到了差频光的功率谱函数。然后,利用频域积分法得到差频光信噪比,并对差频光的条纹对比度进行了分析,最后进行了双频激光相干产生差频信号的实验研究。理论分析和实验表明,激光线宽的增大导致差频光信噪比和条纹对比度的下降,光程差越小条纹对比度越好,移频器的频率扰动导致差频光中心频率的波动。     

Spectral properties of the coherence collapsed state of asemiconductor laser with delayed optical feedback

A theoretical analysis of the coherence collapsed state for a single-mode semiconductor laser with a moderate amount of delayed optical feedback that is operating well above threshold is presented. Both phase fluctuations and the amplitude fluctuations satisfy a bivariate Gaussian distribution. The autocorrelation properties are determined self-consistently from the rate equations. The asymmetry of the optical power spectrum is discussed     

新型非平面多程激光放大器的理论研究

提出了一种基于双镜环行光路的新型非平面多程激光放大器,它具有结构简单、体积小、空间对称性好、调节容易、光通放大次数多的优点。信号光束在放大器腔内沿着立体环行的非平面空间对称路径多次通过激光介质被放大,可在小型激光介质中获得高功率的放大激光输出。对放大器腔内光路进行了理论建模和参量分析,给出了部分光路模式的模拟图,分析了光路损耗与功率放大;初步设计了基于Yb:YAG薄片和激光二极管(LD)端面抽运的全固态非平面多程薄片激光放大器,适用于高功率激光放大。     

1/f frequency noise effects on self-heterodyne linewidthmeasurements

The effects of a 1/f frequency noise on self-heterodyne detection are described, and the results are applied to the problem of laser diode linewidth measurement. The self-heterodyne autocorrelation function and power spectrum are evaluated for both the white and the 1/ f components of the frequency noise. From numerical analysis, the power spectrum resulting from the 1/f frequency noise is shown to be approximately Gaussian, and an empirical expression is given for its linewidth. These results are applied to the problem of self-heterodyne linewidth measurements for coherent optical communications, and the amount of broadening due to 1/f frequency noise is predicted