非准直外腔He-Ne激光自混合干涉

从三镜法布里-珀罗(F-P)腔出发,建立了非准直外腔三重回馈白混合干涉的理论模型,并进行了数值模拟和实验验证.分析了3种情况下影响自混合干涉光强调谐特性的因素:1)准直外腔二,三重回馈;2)非准直外腔二,三重回馈;3)外腔加入λ/4波片时的回馈.实验结果与理论分析相吻合.研究表明,该自混合干涉系统的分辨率达到λ/6;自混合干涉输出信号与腔反射镜的反射率、外腔的准直性以及腔内置入镜片有关;外腔中加入λ/4波片时的自混合干涉信号与非准直外腔自混合干涉信号类似;二,三重回馈自混合干涉信号携带了反射体位移方向信息,因而更易实现位移方向判断.     

多外腔自混合干涉现象的理论与实验

考虑激光器外有多个反射体时所产生的自混合干涉现象，运用薄膜干涉理论，对弱光反馈条件下的多外腔自混合干涉理论进行了研究。基于复合腔激光器结构，建立了理论模型。理论分析构造了一个含有五个反射面的自混合干涉模型，模型是由三个外腔构成的多外腔自混合干涉。对模型进行了理论分析及数值仿真，得出在弱光反馈条件下，多外腔自混合干涉信号类似于传统的自混合干涉信号，为一类正弦波(外部反射率较小时)或类锯齿波(外部反射率较大时)。设计了实验系统，给出了实验结果并进行了验证。如果忽略多外腔的结构，理论所得结果与简单的三镜腔自混合干涉结构所得结果一致。     

半导体激光器自混合干涉理论分析及实验研究

利用Lang—Kobayashi速率方程,分析研究了半导体激光器在外腔弱光反馈条件下的自混合干涉。理论分析和实验研究表明,自混合干涉具有双光束干涉相同的条纹分辨率,外腔长度和反馈强度的变化调制了LD的输出特征。     

光反馈自混合干涉系统反馈水平的研究与测量

为了能够较为准确地获得光反馈自混合干涉测量系统的反馈水平,采用仿真分析光反馈自混合干涉信号和求解Lang-Kobayashi方程的方法,得出反馈水平越高,光反馈自混合干涉信号上干涉条纹的谷值与下干涉条纹峰值之差越大,当反馈水平因子大于7.8时,一些干涉条纹将消失;同时由滞回现象可以推导出反馈水平因子的测量公式,建立了测量模型,并进行了仿真和实验验证。结果表明,光反馈自混合信号干涉条纹幅度受反馈水平影响;利用提出的测量模型可以判断光反馈自混合干涉实验信号的反馈水平机制,当光反馈水平因子介于1和7.8之间时可以测出具体的光反馈水平因子值。     

光反馈自混合干涉对称折叠算法的精度分析

为了提高对称折叠算法的精度,通过对仿真信号的测量,分析了影响算法精度的几种因素(光反馈水平因子,外腔的非线性运动,抽样速率和转折点的定位),并且给出了改进方法.仿真结果表明,在测量线宽展宽因子之前,需保证光反馈水平因子的准确测量,利用中间干涉条纹进行测量可以减少外腔非线性运动所带来的误差.这一结论对利用对称折叠算法处理实验信号有一定的帮助.     

光反馈自混合干涉对称折叠算法的精度分析

为了提高对称折叠算法的精度,通过对仿真信号的测量,分析了影响算法精度的几种因素(光反馈水平因子,外腔的非线性运动,抽样速率和转折点的定位),并且给出了改进方法。仿真结果表明,在测量线宽展宽因子之前,需保证光反馈水平因子的准确测量,利用中间干涉条纹进行测量可以减少外腔非线性运动所带来的误差。这一结论对利用对称折叠算法处理实验信号有一定的帮助。     

基于低速光调相信号注入DFB-LD产生4～16倍频的40GHz和60GHz毫米波信号

提出一种基于低速光调相信号注入半导体分布反馈激光器(DFB-LD)产生最低4倍频,最高16倍频的40GHz和60GHz的毫米波调相信号。该方案利用注入光的N阶调相边带锁定DFB-LD的波长,同时DFB-LD放大此调相边带并与原注入光信号通过相干差拍作用在LD腔内形成毫米波调相信号。通过理论建模分析了工作原理,经系统实验验证了此方案的可行性。应用2.5,5和10GHz的光调相信号均得到40GHz或60GHz的毫米波信号,实现了最低4倍频,最高16倍频的毫米波信号产生,并通过单边带相位噪声的测量验证了毫米波的频率稳定度。     

基于光反馈自混合干涉的位移测量算法设计及滤波

为实现适度光反馈机制下位移的测量,研究设计了基于相位解卷的位移测量算法。为了提高测量精度,对光反馈自混合干涉信号进行了预处理,重点研究了光反馈自混合干涉信号的滤波问题。通过仿真和实验,验证了本文方法的可行性。在光反馈自混合干涉位移测量系统中,使用本文所设计的方法可以重构出高精度的物体振动轨迹。     

双折射外腔双频激光器光回馈

为了研究双频激光器的光回馈特性,采用双折射外腔光回馈的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了双频激光器中条纹倍频现象的数据。结果表明,光回馈系统分辨率提高了1倍,同时利用双频激光器两垂直偏振光间的模竞争,使得倍频条纹的调制幅度明显增大,从而使得光回馈系统的灵敏度大大提高。实验结果与理论分析吻合,这对提高光回馈系统的分辨率是有帮助的。     

利用LD自混合干涉的光纤Fabry-Perot传感器

提出了基于半导体激光器(LD)自混合干涉原理的光纤Fabry-Perot(F-P)传感器。采用F-P腔模型推导出了LD输出功率、频率与外部光纤F-P腔长变化的理论关系式,分析讨论了这种传感器的分辨率、测量范围、线性度、灵敏度等特性。实验结果与理论分析基本吻合。与现有的外腔式F-P干涉光纤传感器相比,LD自混合干涉光纤F-P传感器具有结构简单、紧凑、易准直等优点。     

Effects of external reflector alignment in sensing applications ofoptical feedback in laser diodes

The alignment of the components in sensor systems based on external optical feedback is a critical factor due to the small size of laser aperture into which the returned light must be coupled. This paper presents experimental results and a theoretical explanation which show that the fringe frequency of a self-mixing interferometric sensor system can be doubled due to misalignment of the external reflector. The double frequency fringes are less sensitive to the alignment of the reflector than the normal fringes and offer a potential increase in the resolution of a sensing system of a factor of two     

基于激光回馈效应的应力测量系统研究

玻璃材料的内应力直接影响玻璃零件加工质量和光学器件使用寿命,在航空航天、精密光学系统,精密加工等领域受到高度重视,高灵敏度,大测量范围的应力检测技术已经成为当前的研究热点。本文提出一种基于激光回馈效应的应力测量方法。激光回馈系统由激光器和外部反射镜构成,待测样品放置在回馈外腔中。由于应力引起的双折射效应,带有应力的样品使外腔分裂为两个“物理长度”,不同的外腔长决定了不同偏振方向的回馈光相位,通过提取相位差信息,可获得应力的大小。从理论上分析了回馈系统中激光器的输出光在正交方向的相位与外腔应力双折射的关系；通过傅里叶变换的方式得到双折射外腔激光回馈系统光强调谐曲线的相位信息；最后,采用激光回馈系统对不同的飞机座舱有机玻璃样品内应力进行了测量,并给出测量结果。该方法具有结构简单、精度高的优势,并且具有应用于玻璃材料生产线、改进制备工艺的潜力。     

激光回馈纳米级宽度干涉条纹

一般的干涉现象为“反射镜每移动半个波长,出现一个干涉条纹”。介绍了利用激光回馈获得纳米级宽度干涉条纹的方法。系统构成:He-Ne激光器,使用近于全反射的球面介质镜作激光器的回馈镜,且该回馈镜法线和激光束夹分量级的小角度。回馈镜沿激光束位移移动时,激光器的功率发生周期类正旋波动,即产生回馈干涉条纹。回馈镜离激光器越近,条纹越窄,以至于半波长位移中出现40个条纹。对波长为632.8 nm的He-Ne激光器而言,每个条纹宽度为7.91 nm。同时,当回馈镜的运动方向发生变化时,激光的偏振态将在两个正交的方向之间发生跳变。利用此效应,可以实现纳米分辨位移测量和回馈镜运动方向的识别。     

External optical feedback effects on semiconductor injection laser properties

Influences on the semiconductor laser properties of external optical feedback, i.e., return of a portion of the laser output from a reflector external to the laser cavity, have been examined. Experimental observations with a single mode laser is presented with analysis based on a compound cavity laser model, which has been found to explain essential features of the experimental results. In particular, it has been demonstrated that a laser with external feedback can be multistable and show hysteresis phenomena, analogous to those of non-linear Fabry-Perot resonator. It has also been shown that the dynamic properties of injection lasers are significantly affected by external feedback, depending on interference conditions between returned light and the field inside the laser diode.     

光载微波信号抗大气干扰的研究

为了研究射频强度调制激光信号光源的参量,特别是调制深度对调制波的抗干扰能力产生的影响,采用干涉法对射频强度调制激光信号在通过大气湍流干扰后其相位的变化进行了理论分析和实验验证。搭建了Mach-Zehnder干涉仪,参加干涉的两束光分别为未经调制的单频光和调制后的双频光。以干涉条纹对比度作为信号相位起伏的衡量标准,比较不同大气湍流干扰条件下,干涉条纹的对比度随调制深度的变化。大气湍流由空间光调制器模拟产生,分别在26.32%,42.04%,67.59%和85.04% 4种调制深度下,比较有无大气湍流时干涉条纹的对比度的变化。结果表明,调制信号的调制度越深,其抗大气湍流干扰的能力越强。该结论对双频激光雷达光源的选择具有一定的参考意义。     

激光强回馈系统的动态调制稳频技术

激光强回馈系统与弱回馈系统相比,在无任何电子细分条件下就可获得纳米级的分辨率。但是,由于其回馈水平高,容易发生模式转换或偏振跳变,稳频十分困难。提出了一种激光强回馈系统的动态调制稳频方法,研究了动态调制稳频中的零点定位、清零补偿等关键技术及算法。实验结果表明,通过采用动态调制稳频技术,消除了激光强回馈系统中的模式转移及偏振跳变现象,获得了调制均匀、幅值相等的回馈条纹,有效地解决了激光强回馈系统的稳频问题,大大提高了系统的抗干扰能力,对进一步研究高精度强回馈测量系统具有重要意义。     

激光回馈干涉进展及其生物医学应用综述

激光回馈干涉具有共光路、精度高等优势,已经成为光学测量领域的研究热点。基于激光回馈干涉的理论及主要模型,根据外界反射物信息分析反射光特性,得到激光回馈干涉的测量方法,通过分析激光输出特性的变化实现外界反射物体的信息测量。针对粗糙表面物体或流体,激光回馈干涉结合散斑技术发展为激光回馈散斑干涉技术;针对光滑表面物体,激光回馈干涉在离轴短外腔下出现多重激光回馈干涉现象。激光回馈干涉技术在位移、角度、速度、成像等检测领域快速发展。激光回馈干涉能够检测粗糙表面的弱反馈光且灵敏度高,同时兼具传统干涉技术的高精度优势,在生物医学领域的非接触测量具有研究价值和应用前景。     

Fiber-optic interferometric strain gauge producing asymmetricfringes by using nonlinear feedback

Source wavelength modulation by feedback of the interference signal of an unbalanced fiber-optic Michelson interferometer to the driver of the semiconductor laser source gives rise to sawtooth shaped fringes under fiber strain. The dependence of the theoretically predicted fringe asymmetry on feedback gain is verified experimentally. Elimination of the fringe counting directional ambiguity via differentiation of the asymmetric closed loop interference signal is demonstrated for the first time