非平面环形激光器的大范围调谐技术研究

为了实现窄线宽非平面环形Nd:YAG激光器的大范围压电和温度调谐,采用对粘接在激光晶体上的薄压电陶瓷片施加高压驱动信号,并大范围控制激光晶体温度的方法,获得压电调谐范围达到210MHz,调谐带宽大于90kHz,压电调谐系数大于1MHz/V;当控制激光晶体温度在10℃到47℃范围内变化时,输出激光在8GHz范围内可连续调谐,总的调谐范围达到61GHz。结果表明,高频压电调谐时拍频展宽形状发生改变的主要原因是压电驱动信号失真。结合压电调谐和温度调谐的各自优点,激光频率调谐实验取得了良好效果。     

可调谐单频非平面环形腔固体激光器

研究了单块晶体成腔的单频非平面环形腔(NPRO)固体激光器,在1.83W的808nm抽运功率下输出激光1.01W,斜率效率达到60%。采用拍频的方法对激光线宽进行了测试,激光线宽小于2kHz。通过抽运电流反馈控制使弛豫振荡峰得到超过30dB的抑制;通过对激光晶体的温度调节和压电陶瓷电压调节实现了激光器频率的慢调谐和快调谐,温度慢调谐变化10℃时激光频率变化范围超过15GHz;压电陶瓷快调谐范围超过±200MHz,在大于200MHz的范围内响应时间达到45μs。     

调制转移光谱稳频的研究

532nm激光的碘吸收谱线的频率被国际计量委员会(CIPM)推荐用于频率计量标准．激光频率标准对长度和时间的计量是很重要的。碘分子在532nm附近有丰富的强吸收谱线．可以作为频率稳定的绝对参考谱线。使用532nm单块固体激光器，在375kHz新的调制频率下．利用调制转移技术，将激光频率调谐到^127I2的R(56)32—0跃迁的吸收谱线，并观察到该吸收谱线相应的15条超精细结构分量。通过展宽的调制谱线可以看出375kHz的调制频率得到比312kHz调制频率更高的鉴频敏感度．并在实验上成功地将激光频率稳定在碘的超精细吸收谱线的α10，分量上长达10h，估计稳定度在10^-13量级。准确的频率稳定性正在两台激光器上用拍频的方法进行测量。     

用改变激光等离子体折射率的方法稳定He-Ne激光器的频率

本文介绍一种Zeeman He-Ne气体激光器新的稳频方法,通过控制激光等离子体介质的折射率来稳定激光器的频率。系统使用普通单模He-Ne激光管,不需要特殊加工的、带压电陶瓷(PZT)的稳频激光管。由于采用了锁相技术,它的自差拍频率的变化率小于1Hz,其光频的稳定度为2.2×10~(-11)(取样时间τ=10s)。两个月内,频率再现性为2×10~(-8)。频率锁定点可在大于200MHz的范围内连续调谐。     

基于石英玻璃掺铥光纤的单纵模DBR光纤激光器的研制

研制了一种具有频率调谐功能的2μm波段分布Bragg反射(DBR)型单纵模光纤激光器。该激光器基于石英玻璃单模掺铥光纤和793 nm半导体激光器泵浦源,其光电器件分离集成在1U机箱内。通过内置压电陶瓷(PZT),可实现对激光频率的快速调谐，调谐范围约6 GHz;通过TEC温度控制,可实现对激光频率在29 GHz范围内无跳模调谐。单纵模激光输出功率为18.2 mW,输出激光信噪比大于60 d B,泵浦转换效率达27%。该激光器样机可望在高分辨光谱、量子信息以及非线性频率变换等领域发挥重要作用。     

光纤光栅主动稳频的短直线腔单频光纤激光器

利用1.8cm长的Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃光纤作为增益介质制作了一个可调谐的短直线腔窄线宽单偏振单纵模光纤激光器。其谐振腔反射镜由高反射率的光纤布拉格光栅(FBG)和低反射率的保偏光纤FBG构成,使用976nm单模半导体激光器作为抽运源。当进入谐振腔的抽运功率为360mW时获得了输出功率65mW,信噪比大于70dB,线宽约为3kHz,偏振消光比达到40dB的激光输出。另外,通过使用压电陶瓷(PZT)调节增益光纤的长度实现了激光波长的电调谐,其调谐斜率约为14.2 MHz/V。采用边频锁定的方式进行主动稳频,使得激光输出的长期频率波动从25MHz/10s减少到了2.5MHz/h,从而实现了全光纤结构的高功率、高频率稳定性的单频光纤激光器。     

碘分子吸收稳定中红外差频激光频率

差频光源用于大气分子稳定同位素丰度研究需要频率稳定的连续输出的空闲光。基于连续可调谐钛宝石激光器和单频连续Nd:YAG激光器建立差频系统,为了稳定差频系统产生的红外光源的波长,利用MgO:PPLN作为倍频晶体,采用有多普勒展宽的碘分子吸收稳频方法,结合数字比例-积分-微分(PID)反馈控制技术,将Nd:YAG激光器的频率漂移量稳定在1.2MHz/h内,稳定度为4.26×10-9。实验结果表明:增加对压电陶瓷(PZT)的调制电压时,Nd:YAG激光在1h内的频率漂移量迅速减小,超过1V后漂移量趋于稳定;改变对PZT调制频率没有获得较高的稳定度。将频率稳定后的Nd:YAG激光用于产生3.42μm附近的差频光源,通过对低压下CH4气体分子吸收谱线的测量,去卷积运算得到差频系统的线宽约为6.9MHz。实验结果既为该方法用于稳定激光频率提供了重要的参考,又为痕量气体探测提供了频率稳定的差频光源。     

两种不同类型独立激光器的拍频实验

利用一个中心波长范围1052.82～1053.12 nm的可调谐半导体激光器和一个波长范围为1053.10～1053.20 nm的窄线宽光纤激光器进行拍频实验.介绍了拍频信号探测的基本原理,设计了实验光路,经过宽频放大器进行信号放大后,采用高频示波器观察到周期10 ns,信号振幅4 mV左右的稳定拍频信号,实现了两种不同类型独立激光器输出光束的拍频测量.利用分光棱镜和F-P腔扫描干涉仪设计了一个两激光光束频率实时对准装置,可以在拍频测量的同时进行激光频率相对漂移的监控,解决了快速频率对准问题.并针对激光器自身频率稳定性较低的情况,提出了采用计算机自动控制实现自动频率对准与频率跟踪的方案.     

可连续调谐的窄线宽外腔半导体激光器

可快速连续调谐的小尺寸窄线宽外腔半导体激光器是调频连续波（FMCW）激光雷达、量子技术等领域的核心器件。通过紧凑的反馈光路设计，采用腔长为2.5 mm的法布里-珀罗腔（FP腔）反馈压窄线宽，并结合压电陶瓷（PZT）进行腔长扫描，组装了波长为1550 nm的小型化可调频的激光样机。采用光纤长度为1 m的马赫-曾德尔干涉仪，在重复频率为0.1、1.0、10.0、100.0 kHz下分别测得激光器无跳模的连续调谐范围为25.0、21.6、18.0、10.0 GHz。基于20 km长光纤的延时自外差法，测得3 dB线宽约为10 kHz。未来通过更加紧凑的光路设计，可以获得更大调频范围的超窄线宽激光。     

基于拍频法的激光器数字化频率跟踪

为了在光纤双向时频传递系统往返链路中实现同波长传输，提出一种基于拍频法的激光器数字化频率跟踪技术，用于锁定系统中主、从两台分布式反馈激光器的频率。首先，采用光耦合器对两路激光信号进行合束，耦合后的合成光经拍频探测得到10 MHz的光学拍频信号；其次，将该信号和10 MHz正弦波信号进行混频并滤波后得到电学拍频信号，再对该电信号进行采样并由算法处理得到反馈电压值；最后以电流调谐的方式调节从激光器的波长，使其与主激光器的波长保持一致。实验结果表明：实验室50 km光纤时频传递系统连续运行60 h后时间同步百秒时差优于8 ps，相比未使用该技术的系统时间同步精度提高约36 ps。所提方案能够实现低成本激光器的频率跟踪，跟踪效果满足往返链路双向时延对称性要求。     

窄线宽低噪声可调谐非平面环形激光器

针对空间相干光通信和探测等应用,对非平面环形激光器的线宽、噪声和调谐特性进行了系统的实验研究。单频输出功率达到752mW,光光效率42%,斜率效率54%。采用延时自外差拍频法测试了激光线宽,其随泵浦功率的增加而增大,输出功率小于200 mW 时,线宽小于1 kHz,在最高输出功率下线宽为2.3 kHz。激光强度噪声主要由弛豫振荡引起,相对强度噪声（RIN）随着泵浦功率的提高而降低。在1.78W 泵浦功率下,RIN 达到-93 dB/Hz。采用温度和压电两种方式进行了激光调谐。温度调谐范围达到62 GHz。压电调谐范围达到130MHz,响应带宽100 kHz。     

两台同类型号独立激光器频率稳定度的测量

采用拍频法对两台同类型号独立激光器的稳定度进行了测量。从拍频理论出发,得到了拍频信号稳定度与待测激光器和参考激光器稳定度三者所满足的平方和关系,对于稳定度一致的两台同类型号激光器,由拍频信号稳定度可以得到待测激光器的稳定度。实验中将New Focus公司生产的两台同类型号激光器(TLB-6017)进行拍频,根据拍频信号稳定度测得激光器稳定度为1.36×10-8,频率漂移量为5.1MHz(1s积分时间)。实验结果与激光器出厂指标[稳定度1×10-8、频率漂移量5MHz(1s积分时间)]相比,稳定度在同一量级,频率漂移量的相对误差为2%。此方法避免了通常测量激光器稳定度时所需的高稳定度参考光源的限制,为激光器稳定度的测量提供了一定的参考。     

基于纵模拍频控制的激光稳频技术

介绍了一种新的双纵模激光稳频技术:基于激光频率与纵模频率间隔的对应关系,通过精密锁相控制技术将两相邻纵模的拍频频率锁定在射频频率标准上,以控制激光谐振腔腔长,实现锁定激光频率的目的.理论分析表明,激光频率稳定度与两相邻纵模拍频频率的稳定度相同;实验上以射频频率标准为参考,精密锁定了He-Ne激光两相邻纵模的拍频频率及激光频率,且对采用该技术稳频的两套He-Ne激光系统进行了比对.实验结果表明,激光频率的稳定度为5×10-10(1 s积分时间),5×10-11(100 s积分时间).     

小型化宽调谐光纤型DFG中红外激光源的研制

研制了一种小型化宽调谐光纤型DFG/QPM中红外光源。该光源的基频光采用分段调谐的方案,以3个不同工作波段的YDFL作为泵浦源,3个不同工作波段的EDFL作为信号源,并通过光开关实现各波段间的快速切换。研制了DFG中红外光源样机,其尺寸为440×290×500mm3,测试结果表明,泵浦/信号光可在1050~1110nm和1535～1600nm范围内宽带连续调谐,经差频过程最终中红外激光实现3054.5~4009.1nm波段内宽带无缝调谐。     

光纤光栅外腔半导体激光器频率调谐技术研究

在分析了光纤光栅外腔半导体激光器(FBG-ECL)基本特性的基础上,调研了适用于该类型激光器的频率调谐方法,包括温度调谐法和应力调谐法,选取轴向应力调谐法改变光纤光栅的布拉格中心波长,进而实现频率调谐。利用压电陶瓷(PZT)来对光纤光栅施加轴向应力,通过调整PZT驱动电压值的大小来控制光纤光栅布拉格中心波长的变化量。实验结果表明,对于波长1550 nm的光纤光栅激光器,当PZT的驱动电压增加到126 V时,可实现 0.8 nm,即100 GHz的调谐范围以及每周期2 ms的调谐速度。     

基于相位调制器的宽带窄线宽的线性调频激光源的产生

提出了一种基于相位调制器(PM)和可调谐光滤波器产生线性调频激光信号的方法。该方法利用带有基频的微波线性调频信号作为相位调制器的驱动信号,窄线宽的激光种子源经相位调制器调制后产生一系列的宽带线性调频激光信号。通过可调谐光滤波器抑制其他边带保留所需阶次的线性调频激光信号。实验结果表明:当光滤波器保留正二阶调频激光信号时,获得了调频带宽为2 GHz、调频速率为6 THz/s的线性调频激光信号。在观测时间为1 ms时,测得的线性调频激光信号的瞬时线宽为3.2 kHz。该方法结构简单,易于实现,并且对调频连续波激光雷达、相干光谱分析等测量应用有重要意义。     

双磷酸氧钛钾晶体倍频特性的实验研究

为了研究双块磷酸氧钛钾(KTiOPO4,KTP)晶体串接倍频对于提高绿光倍频激光器的转换效率的作用,采用长度分别为6mm,8mm和15mm的3块KTP晶体两两串接组合进行了实验验证,绘制了单块晶体倍频和双块晶体串接倍频时的转换效率曲线,并对其进行了比较分析。结果表明,基频光功率密度从520MW/cm2到750MW/cm2时,双块KTP晶体正交串接倍频不仅比双块KTP晶体平行串接倍频的转换效率高近10%,而且比长度是两块晶体之和的单块长KTP晶体的倍频转换效率高近30%。这一实验结果对于提高绿光倍频激光器的转换效率有一定的意义。