波长扫描激光器光谱线宽的动态测量技术研究

波长扫描激光器是光纤传感和光学相干层析技术中的关键部件,其动态输出光谱特性决定了传感与成像系统的分辨率水平。采用改进的外差法和电光调制器(EOM)法对自制的波长扫描激光器的输出光谱进行动态测量,得到光谱线宽(反映光源的相干性)及其与波长扫描频率的关系。结果表明,输出光谱线宽随着波长扫描频率增大而增加,EOM法比外差法测得的光谱线宽略大,波长扫描频率为60 k Hz时,外差法测量激光器输出光谱线宽在4.9 pm,EOM法测得为37 pm。     

分布反馈激光器光谱线宽分析

分析了分布反馈激光器(DFB)光谱线宽。长腔DFB激光器具有很窄的光谱线宽,如果在腔中心引进相移,那么光谱线宽会进一步变窄。引言:分布反馈(DFB)激光器有可能应用在相干光学通信系统和光纤传感器中,这是因为DFB激光器纵模稳定。对于这样应用,激光源的光谱纯度是很重要的;然而,对于DFB激光器,过去只报导了几个实验结果。本文报导了我们给出的DFB激光器光谱     

激光器线宽对光纤环形谐振腔谐振特性的影响

采用光波场叠加的方法计算了谐振腔光纤陀螺的核心敏感部件———光纤环形谐振腔 (FRR)的传递系数 ,详细分析了激光器光谱线宽对光纤环形谐振腔谐振特性的影响 ,并进一步分析了在一定激光器光谱线宽条件下 ,由光探测器散弹噪声所限制的谐振腔光纤陀螺极限灵敏度和光纤环形谐振腔光路参数之间的关系 ,从而为谐振腔光纤陀螺的优化设计提供了理论基础     

基于WS_2可饱和吸收体的窄线宽皮秒脉冲光纤激光器

针对超短脉冲光纤激光器光谱线宽较大的问题进行研究,利用RP Fiber软件对激光器腔内脉冲演化过程进行模拟计算,分析了几种可饱和吸收体对激光器输出脉冲宽度和线宽的影响,并对激光器的腔长和光纤布拉格光栅(FBG)参数进行了优化。最终,根据优化结果,搭建了一种基于WS_2可饱和吸收体的环形腔被动锁模皮秒脉冲掺铒光纤激光器,并利用窄带FBG对输出脉冲的光谱线宽进行压缩,获得了中心波长为1549.4nm、脉冲宽度为171ps的窄线宽超短脉冲输出,其3dB光谱线宽为0.02nm。     

光源光谱线宽对光纤损耗测量的影响

光纤的损耗是波长的函数。光信号在光纤中传输的实际损耗因而也与传输光的中心波长及光谱线宽有关。在光纤损耗测量中,光的中心波长的影响是很直观的,但光谱线宽的影响却是较为复杂的。为了保证一定的测量精度,必须定量地估算光谱线宽对测量结果的影响,从而规定适当的线宽或对测量结果作必要的修正。本文将对典型的国产多模光纤,在几种测试条件下,估算光谱线宽对0.85μm及1.3μm二个波长上损耗测量的影响,并与实验结果作比较,还将讨论对实际应用的意义。     

增益导引和折射率导引的(GaAl)As激光器的相干特性

我们通过测量各个激射纵模的光谱线宽,研究了各种增益导引和折射率导引的(GaAl) As双异质结激光器的相干特性与辐射光功率的关系。此外,近场和远场图样随输出光功率而变化,因此要同时监视驱动电流。已经报道了数据的器件有:增益导引的V形槽激光器(AEG-Telefun Ken)、窄氧化条形激光器(siemens)以及折射率导引的可见光和红外CSP激光器(Hitachi)及BH激光器(Hitachi)。采用平面和球面的法布里—珀罗标准具,分别获得了增益导引激光器和折射率导引激光器的光谱线宽。     

能同时实现光谱位相相干电场重构法和频率分辨光学门法的系统

从光谱位相相干电场重构法(SPIDER)和频率分辨光学门法(FROG)的原理和算法出发,建立了一个光路系统,在同一系统上可实现FROG方法脉宽的精确测量和SPIDER方法相位的快速检测,保留了两种方法的优点.对KLM钛宝石激光器输出的脉冲的光谱位相进行了实际测量和分析,说明了装置和算法的有效性,且脉冲检测精度优于0.1 fs.     

808nm波长锁定大功率半导体激光器列阵

大功率半导体激光器列阵(DLA)具有功率高、电光转换效率高、可靠性强、寿命长、体积小及成本低等诸多优点,但其波长随温度变化较大,光谱线宽较宽,这些缺点直接限制了其实际应用.为了解决此问题,采用体布拉格光栅(VBG)构成波长锁定大功率半导体激光器系统.体布拉格光栅可以把波长锁定,同时把光谱线宽压窄,从而有效改善了DLA波...     

一种测量液体旋光特性的共光路外差干涉技术

为了提高旋光特性检测的灵敏度,设计搭建了一套基于塞曼效应的共光路外差干涉仪应用于旋光液体的旋光特性检测.采用塞曼效应激光器作为光源能发出两束正交线偏光,简化了实验装置的复杂性;且在系统中利用平衡检测与差动放大器,可降低激光器本身与外部环境所造成的大部分噪声,从而提高检测灵敏度.结果表明,对(0～50)mg/dL的低浓度葡萄糖水溶液的旋光特性测量,其检测灵敏度可达2.3×10-5(°).这种结构简单的干涉仪可应用于固态、液体或气态旋光物质的旋光特性分析中.     

高能炸药抽运光解碘激光实验技术

成功研制了高能炸药抽运光解碘激光器系统,实现了爆炸激光器装置的稳定激光输出,并获得了近百焦耳的激光输出能量.实验中分别测量了101.325 kPa下氩气中冲击波阵面的辐射光谱及冲击波阵面传播速度.该爆炸激光器系统利用七氟碘丙烷C3F7I作为激光工作物质,高能炸药作为抽运能源,实验中获得了较好的爆炸激光波形,激光脉宽(半峰全宽(FWHM))约34μs,最小光束发散角小于20 mrad.详细介绍了爆炸激光器的工作原理,针对具体的实验装置及实验技术路线进行了分析和描述.分别在不同实验条件下开展了相关爆炸激光实验,对实验结果进行了分析,并对影响爆炸激光输出的因素进行了分析和讨论,为进一步研制更大能量的爆炸激光装置打下了基础.     

移频延时自外差法的DFB激光器线宽测量

为了测量分布反馈（DFB）单模半导体激光器线宽,采用一种新颖的基于马赫-曾德尔干涉结构的光纤自外差测量方案,设计了一套全光纤延时自外差法测量系统,并进行了理论分析。在此基础上搭建了延时光纤长度分别为900m,3000m和6000m的窄带线宽测量系统,对实验室一台中心波长为1550nm、标称线宽值为800kHz的DFB单模半导体激光器光源进行了测试,测得激光器线宽值分别为951.566kHz,832.471kHz和802.221kHz,并对所设计的方案进行了模拟仿真验证。结果表明,与模拟仿真结果作对比,延时光纤长度为6000m时的窄带线宽测量系统最优,其误差在3%之内,证明了所用自外差干涉原理的合理性和准确性。全光纤移频延时自外差法对测量DFB激光器线宽具有优越性和重要的实用价值。     

基于超窄线宽激光器的多气体光声光谱检测研究

针对多组分痕量气体检测中精确度差、灵敏度低等问题,设计了基于光源波长扫描技术的光声光谱式多组分痕量气体检测系统。系统采用单一超窄线宽半导体激光器作光源,设计了一阶纵向共振式多光程吸收光声池,通过正弦信号对光源波长进行调制,并结合二次谐波信号检测技术和超窄线宽激光特性,有效地消除了吸收池内的背景噪声和光源抖动的影响,实现...     

高灵敏度半导体激光吸收光谱技术

以可调谐外腔半导体激光器为光源,结合光外差调制技术、浓度调制技术建立了一套高灵敏度半导体激光光谱测量系统,可用来开展对瞬态分子的高分辨光谱研究.还在实验和理论上研究了不同解调相位下信号的线型,给出了较好的解调相位.     

基于延时自零差光相干接收机的激光器相位噪声测试系统

在相干光通信系统中,激光器相位噪声是影响接收机灵敏度的重要因素。针对相干光通信中的激光光源相位噪声测试提出并研究了表征激光器相位噪声的3个关键指标,分别是电场的功率谱密度、相位误差方差和FM噪声谱线,建立了基于延时自零差相干接收技术的窄线宽激光器相位噪声测试系统,实现了系统仿真,并对一窄线宽激光器进行了相位噪声测试,相比传统的自外差线宽测量技术,此方法在满足测试分辨率要求的同时能够更全面表征激光器相位噪声特性。     

Development of a Broadly Tunable Mid-Infrared Laser Source for Highly Sensitive Multiple Trace Gas Detection

A room-temperature broadly tunable mid-infrared difference frequency laser source for highly sensitive trace gas detection has been developed recently in our laboratory. The mid-infrared laser system is based on quasi-phase-matched （QPM） difference frequency generation （DFG） in a multigrating, temperature-controlled periodically poled LiNbO3 （PPLN） crystal and employs two near-infrared diode lasers as pump sources. The mid-infrared coherent radiation generated is tunable from 3.2 μm to 3.7μm with an output power of about 100 μW. By changing one of the pump laser head with another wavelength range, we can readily obtain other needed mid-infrared wavelength range cover. The performance of the mid-infrared laser system and its application to highly sensitive spectroscopic detection of CH4, HCl, CH2O, and NO2 has been carried out. A multi-reflection White cell was used in the experiment gaining ppb-level sensitivity. The DFG laser system has the features of compact, room-temperature operation, narrow line-width, and broadly continuous tunable range for potential applications in industry and environmental monitoring.     

相位调制展宽激光的线宽压缩方法研究

单频激光通过相位调制可以进行光谱展宽、提高光纤放大器受激布里渊散射的阈值,从而可以提高光纤放大器的输出功率,但也破坏了单频激光的高相干性;本文根据相位调制光谱展宽的原理公式,提出了进行激光线宽压缩的思路,用于激光放大后恢复相干性能;根据线宽压缩的原理提出了线宽压缩装置的构造,即采用两个相位调制器,一个负责光谱展宽,另一个负责光纤放大后的线宽压缩,并提出了实现线宽压缩的相位差调节和幅度调节的控制条件;限于实验条件不足,本文仅对理论模型进行了分析。     

Variation of intensity noise and frequency noise with thespontaneous emission factor in semiconductor lasers

The intensity noise level and the spectral line-width of semiconductor injection lasers are theoretically analyzed. Approximated but simple forms representing these characteristics are found to give criteria for various types and sizes of cavity, including microcavity lasers. The noise and the line-width are reduced by operation with high injection current or high optical power in general. For operation at a low-power level in the microcavity laser, increase of the spontaneous emission factor as well as reduction of the threshold current level and the threshold gain level are important to get a low noise level and narrow line-width     

激光器对光电振荡器相位噪声的影响

为了改善光电振荡器相位噪声特性、提高光电振荡器性能,采用理论分析和实验验证的方法,研究了激光器线宽、光功率与光电振荡器相位噪声之间的关系.测试了激光器在功率相等、线宽不等情况下,光电振荡器所产生的微波信号的频谱特性和相位噪声特性;测试了给定线宽激光器在不等功率情况下,所产生的微波信号的相位噪声特性.结果表明,激光器线宽越窄、光功率越大,光电振荡器产生微波信号的频谱特性和相位噪声特性就越好;在频偏1kHz以外,相位噪声受激光器线宽影响较小,受光功率影响较大.这一结果对改善光电振荡器相位噪声有一定的帮助.     

应用激光诱导击穿光谱测量水体中痕量重金属锌

利用激光诱导击穿光谱(LIBS)对水体中痕量重金属锌进行定性及定量分析,以1064nm波长Nd…YAG脉冲激光为激发光源,采用高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件(ICCD)为谱线分离与探测器件,以锌(Zn:481.1nm)特征谱线作为分析线,测定不同浓度下的特征谱线强度。实验中以固体圆饼状石墨块为样品基体进行元素富集,滴定固定量的已知不同浓度的氯化锌溶液于基体表面固定区域,烘干并制备实验待测样品。结果表明,锌的最佳探测延迟时间为1100ns,元素谱线强度随着样品浓度的增加而增大并在较低浓度下呈线性关系,得到水体中锌元素的痕量检测限4.108mg/L。研究结果为进一步开展水体痕量重金属的激光诱导击穿光谱测量提供了方法。     

光纤激光传感技术及其应用

超高灵敏度的信号探测在石油勘探、地震预报和安全监测等领域都具有重要的应用价值.近年来出现了一种以分布反馈(DFB)光纤激光器为传感元件的新一代光纤传感器,它具有尺寸小、输出激光信号极窄的光谱线宽和极低的噪声等优势,与高分辨率波长解调技术结合可以达到极高的探测灵敏度.介绍了在光纤激光传感技术及其应用技术方面的研究进展,包括线宽仅为3 kHz、尺寸仅为3.6 cm的窄线宽低噪声DFB光纤激光器的研制及其测试,波长分辨率达3.5×10~(-7) pm/Hz~(1/2)的超高分辨率波长解调系统,基于密集波分复用的光纤激光传感网络,以及相关技术在水声和地震波探测中的应用研究.