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。     

固体微片激光回馈技术在远程振动测量中的研究

激光回馈技术具有极高的测量灵敏度，在振动测量中具有突出的优势。在激光回馈理论和技术的基础上，研究并提出了基于激光回馈技术的远程振动测量方法，构建了完整的固体微片激光远程振动测量系统，详细分析了系统各个部分的基本结构及其工作原理，并在实验中很好地实现了不同频率振动信号的测量及恢复。该研究将振动测量的工作距离提高到25 m以上，实现了远程微振动的非接触测量，拓展了激光回馈技术的应用。实验系统具有较大的振幅与频率测量范围，在振动测量方面具有突出的性能，能够适用于多种场合和目标的振动测量需求。     

基于激光回馈效应的液晶双折射特性测量

准确的双折射特性测量对于液晶的实际应用具有重要意义。研究了液晶材料的工作原理,以激光回馈效应为基础,搭建了各向异性外腔回馈双折射测量系统,对不同驱动电压下液晶的双折射特性进行测量。测量结果表明,各向异性外腔回馈双折射测量系统测量精度在0.3°之内;通过施加0~24V交流电压,液晶材料双折射率在2.74×10-1~2.39×10-3范围内变化,对应各向异性呈现出460°~5°的大范围位相延迟值。电压范围在0.7~2V时,电压-双折射率关系表现出较好的线性度,通过线性拟合对该范围内电压-双折射率关系进行计算,其线性度优于95.5%。液晶材料可以提供稳定的位相延迟,同一电压值下的位相延迟短期重复性优于0.52°,长期重复性优于4.5°。     

基于Nd:YAG激光回馈干涉效应的PZT精密测量技术与系统

压电陶瓷在精密控制中具有重要作用,而其在快速控制中的实际高频响应却缺少有效且精密的方法。总结了目前测量压电陶瓷特性的方法,分析了测量中存在的困难和不足,使用基于激光回馈干涉原理的Nd:YAG微片激光回馈干涉测量系统对压电陶瓷的动态特性进行了研究。使用两种压电陶瓷在100 Hz~7 kHz驱动电压下对位移响应进行了测量,相应测量位移范围7~34 nm。测量精度达到纳米量级,对较高的振动频率实现了准确测量。该方法具有很高的测量精度,对被测对象要求较低。     

LD抽运Nd:YVO4/KTP激光光强高频调制技术

用声光调制的方法将激光二极管(LD)抽运ND:YVO4/KTP激光进行光强调制,频率达15 MHz以上,衍射效率达40%～60%,满足了激光精密测量和新型激光彩色电视的技术要求,有很好的应用前景.     

基于激光回馈效应的纳米计量系统

提出了一种基于激光多重回馈效应的纳米计量系统,系统采用非准直平凹回馈外腔结构,使在回馈外腔中往返多次的回馈光束返回到激光谐振腔中,形成高阶回馈效应,得到了高密度、类正弦和位相正交的双频激光回馈条纹。条纹的密度为传统弱回馈的几×10倍,而且回馈条纹以激光波长为尺子,具有可溯源性,在没有任何电细分的条件下达到了nm级的光学分辨率。特别地,通过采用双折射双频激光器,获得了两偏振正交的激光回馈条纹,而且两正交偏振回馈条纹间还具有位相差,位相差的大小主要由双频激光器的频差、外腔长以及回馈阶次决定。利用两正交偏振回馈条纹间的位相关系,可用于识别物体的运动方向。与激光干涉仪的比对实验表明,系统的线性度优于5.2×10-5,光学分辨率为10.2nm,量程大于500μm。     

正交偏振激光回馈干涉仪稳定性提高方法研究

激光回馈技术灵敏度高,并且无须配合靶镜就能够测量诸如黑色、粗糙的目标的位移或形变。为了消除环境（气压、地基震动、温度漂移等）对测量精度的影响,设计、构建了稳定的微片正交偏振激光器,采用半导体激光器泵浦微片;搭建了包括光学、电路的完整的正交回馈干涉仪系统,系统工作稳定,实现了远距离处测量。这一系统能有效地减小环境对测量的影响,提高激光回馈干涉仪的精度。     

激光二极管千赫兹级Nd:YVO4皮秒脉冲激光再生放大器

采用光纤耦合激光二极管端面抽运Nd:YVO4激光晶体,抽运光平均功率为20W,脉冲宽度为100μs,获得了重复频率为1 kHz、平均功率为1.5 W的再生皮秒脉冲激光输出,脉冲宽度约为15 ps,两个方向上的光束质量因子均小于1.4。     

1.35 GHz线性调频Nd:YVO4激光器

报道了808 nm连续半导体泵浦全固态Nd:YVO4线性调频激光器实验研究。利用优化谐振腔长度、腔内插入倾斜标准具，采用温度控制、机械减震和隔绝外部环境等稳频操作，实现了稳定的1 064 nm单频激光输出，最大输出功率140 mW。利用法柏干涉仪观察单频输出，并利用刀口法测量得到的基模高斯光束质量M2为1.05。在谐振腔内插入RTP电光晶体并连接外部高压电源，通过线性电光效应改变谐振腔长度以及改变标准具倾斜角度避免腔长调节过程中的模式跳频，实现了1.35 GHz的稳定线性调频激光输出。编程控制高压电源给RTP晶体施加幅值为2 200 V的锯齿波形电压，实现了频率20 Hz，平均输出功率为85 mW周期性的调频信号输出。     

基于Nd:YVO4/PPMgOLN的532nm紧凑型阵列激光器

为更适用于批量生产激光投影仪,需要一种具有结构紧凑、性能稳定与低成本等特点的绿色激光器作为绿光光源。采用光胶合的Nd:YVO4/PPMgOLN晶体棒作为增益介质和倍频晶体,结合一种新型焊接封装工艺,最终得到了一种紧凑型微片阵列激光器。该激光器3个激光光束共得到了223.7 mW的功率输出,每个激光光束都有良好的光斑分布和稳定性,且激光器包含两个内置TEC在内具有47 mm35 mm25 mm的紧凑尺寸。激光器连续工作2.5 h波动小于2.5%。各项性能可以充分满足激光投影仪绿光光源的要求,并便于低成本批量生产与后期维护。     

基于Nd∶YVO4/Nd∶YLF组合晶体的双波长激光器研究

设计了基于Nd:YVO₄/Nd:YLF组合晶体的双波长(1047 nm和1064 nm)激光器。理论分析了 组合晶体双波长激 光器的速率方程,实验研究了在固定抽运条件下双波长激光器的温度输出特性。在实验研究 过程中设置抽运功率为600 mW,调节组合晶体热沉温度以1.0 ℃为间隔逐步增加,当热沉温度从 7.0 ℃增加至22.0 ℃时,激光器获得了频差 范围 为4.58 THz～4.63 THz、功率均衡度可调的双 波长信号 输出。在实验温度上升的范围内,频差最大值出现在8.0 ℃时,为 4.63 THz;频差最小值出现在21.0 ℃,为4.58 THz。 实验结果表明,频差随温度的变化稳定在4.60 THz附近。尤其的当 热沉温度处于17.8 ℃时,获得了功率均衡的、频差为4.58 THz的双波长信号输出,此时功 率为18.48 mW。这种超大频差的双波长激光器在提升功率之后可用于 外差拍频获取太赫兹波信号。     

激光二极管抽运Nd∶YVO4/YVO4复合晶体激光器

在高功率激光二极管(LD)抽运的情况下,对比分析了Nd∶YVO4/YVO4复合晶体和Nd∶YVO4单一晶体的激光特性。实验证明,复合晶体能够有效地降低晶体内的温度梯度,减小由端面变形带来的热透镜效应,获得比单一晶体高出许多的输出功率。采用Z型折叠腔,研究了Nd∶YVO4/YVO4复合晶体KTP倍频特性,当抽运功率为17W时,获得了6.23W的绿光输出,抽运光到绿光的转换效率高达37%。     

Nd:YVO4自锁模皮秒激光器

设计并研究了Nd:YVO4自锁模皮秒激光器,探究了激光器的最佳锁模条件。观察并分析了自锁模皮秒激光器准周期锁模、倍周期锁模状态,研究并测量了结构紧凑的直腔自锁模激光器的输出特性。谐振腔为凹平直腔,Nd:YVO4晶体作为激光增益介质和克尔介质,在未加其他锁模元件的情况下,实现了1 064 nm高效率连续锁模脉冲激光输出。晶体距输入镜16 mm、腔长为90 mm时,对1 064 nm透过率分别为10%、20%、30%和50%的四种输出镜下激光器的输出特性进行了对比分析。对激光器进行优化设计,输出镜透过率为10%,泵浦功率为8 W时,激光器输出功率为2.76 W,斜效率高达43.2%,锁模脉冲重复频率为1.43 GHz,激光器实现了高效、稳定的连续锁模。     

Phase-noise-driven instability in a single-mode microchip Nd:YVO4 laser with feedback

We report the instability behaviors of a single-mode microchip solid-state laser subjected to external feedback. Two kinds of instabilities, random chaotic burst generations and random sinusoidal burst generations, were observed experimentally in an LD-pumped microchip Nd:YVO₄ single-mode solid-state laser with fiber feedback. These results are totally different form those observed in laser diodes with delay feedback systems, which have been widely studied in the last decades. The main features were reproduced numerically by utilizing the Lang-Kobayashi equations with phase noise, indicating phase-noise-driven dynamic instabilities     

大功率激光二极管端面抽运的Nd：YVO4激光器

报道了利用掺杂浓度为0．3at．-％，通光长度为10mm的Nd：YVO4晶体作为增益介质，带光纤耦合的激光二极管端面抽运的Nd：YVO4激光器。在抽运功率为27．365W时，获得了14．85W的TEM00模输出，光-光转换效率为60．49％，斜率效率达64．5％。在上述基础上对晶体的掺杂浓度和晶体长度对激光器性能的影响进行了分析。     

全固化环形单频Nd:YVO4可调谐激光器

分析了Nd:YVO4激光晶体两平-平通光面自身的标准具效应对单频激光器调谐特性的影响.采用一通光面切成1°劈形的Nd:YVO4晶体来消除自身的标准具效应,通过调节插入谐振腔内的标准具,使半导体激光器(LD)抽运Nd:YVO4单频激光器的最大可调谐范围达到约100 GHz.     

高重频掺钕钒酸钇激光器双程放大理论研究

为了提高高重频掺钕钒酸钇激光器的放大效率,提出了一种针对Nd:YVO₄单轴晶体的新型双程放大方式,采用法拉第隔离器与Nd:YVO₄晶体旋转45°放置的方式,使得种子激光在往返通过晶体时的线偏方向均为π偏振方向。结果表明,在100W抽运功率下,1W种子激光采用该双程放大方式的输出功率能够达到36.2W,放大效果较之偏振片与λ/4波片组成的双程放大结构提高了41.5%。本研究对以Nd:YVO₄单轴晶体为放大级的弱种子激光放大有重要意义。     

77 GHz soliton modelocked Nd:YVO4 laser

An Nd:YVO₄ laser which was passively modelocked at the very high repetition rate of ~77 GHz, using a semiconductor saturable absorber mirror (SESAM), is demonstrated. The soliton-like pulses are well separated in time and their duration is 2.7 ps. The required negative dispersion is introduced by a GTI-like structure, which is formed by the gain medium and the SESAM     

Efficient high-power diode-end-pumped TEM00 Nd:YVO4 laser

We demonstrate a compact and efficient diode-end-pumped TEM₀₀ laser with output power of 25.2 W for 52 W of incident pump power by use of a single YVO₄ crystal with a Nd concentration of 0.3 at.%. In Q-switched operation 21-W of average power at a pulse repetition rate of 100 kHz and ~1.1-mT pulse energy at a pulse repetition rate of 10 kHz were produced. At 10 kHz, the pulse width is around 10 ns and the peak power is higher than 100 kW