利用模清洁器降低单频Nd:YVO4激光器的强度噪声

对全固化激光器输出激光的强度噪声谱进行了理论分析与实验测定,设计了由三镜环行腔构成的模清洁器,利用它过滤高频噪声的特性使单频Nd:YVO4激光器的强度噪声降低,通过模清洁器之前激光在30MHz才能达到散粒噪声极限,通过模清洁器之后在7MHz处便达到散粒噪声基准。设计中兼顾了窄线宽与透过效率两方面要求,模清洁器的透过效率为70%。     

高效率外腔倍频产生低噪声连续单频780nm激光

利用1.56μm连续单频光纤激光器抽运周期极化铌酸锂晶体,通过外腔谐振增强倍频技术获得了低噪声连续单频780nm激光。为了实现高效率倍频,理论设计了倍频腔的最佳腔镜透射率、腔长以及腔模体积等以实现谐振倍频过程中的模式匹配和阻抗匹配。在此基础上,实验获得了输出功率达1W的连续单频780nm激光,倍频效率达84.8%。进一步利用高精细度模式清洁器降低激光的强度噪声,实验获得了输出功率达700mW、强度噪声在分析频率4MHz处达到散粒噪声基准的低噪声连续单频780nm激光。该系统的激光波长分别位于量子态传输波段与原子存储波段,可用于研究实用化量子信息处理系统。     

低噪声连续单频532 nm/1.06μm双波长激光器

研制出一台全固态低噪声连续单频Nd∶YVO_4-LBO双波长激光器,通过优化三硼酸锂(LBO)的匹配温度,获得了波长为1.06μm的激光功率为3.8 W、波长为532 nm的激光功率为7.8 W的连续单频双波长激光输出,并有效降低双波长激光的强度噪声和相位噪声。实测的1.06μm和532 nm波长激光的强度噪声均在分析频率大于3.5 MHz时达到散粒噪声极限,相位噪声均在分析频率大于5 MHz时达到散粒噪声极限。当采用Pound-Drever-Hall锁腔技术锁定激光器的腔长时,1.06μm波长激光在1 h内的频率漂移小于±0.8 MHz。实测的1.06μm和532 nm波长激光在5 h内的功率波动分别小于±0.63%和±0.47%,光束质量因子分别为1.04和1.12。     

单频光纤激光器的噪声抑制

对单频光纤激光系统的输出噪声进行了测量和研究,利用前置光电负反馈方法对光纤激光器的强度噪声进行了抑制,调节反馈增益和延迟时间,可以在不同的边频处接近散离噪声极限,在分析频率6.0 MHz处抑制程度达到22 dB.     

小型化、低噪声内腔倍频Nd:YAP/KTP单频激光器

通过理论分析和实验讨论了内腔倍频Nd:YAP/KTP单频激光器的强度噪声特性,并通过减小输出耦合镜对1080nm基频光的透射率和优化谐振腔参数等办法,使基频光在环形谐振腔内的损耗降低为0.9%,从而减小了真空起伏引入的强度噪声。在输出耦合镜对1080nm基频光透射率为0.2%时,获得了最高输出功率为420/60mW的540/1080nm双波长输出单频激光器,其强度噪声在1.5MHz之后达到散粒噪声极限。     

极低本底单频激光相对强度噪声测试方法研究

针对高速光通信和微波光子系统对单频激光源极低相对强度噪声（RIN）的需求，开展了极低本底相对强度噪声测试方法的研究。首先分析了相对强度噪声测试中激光相对强度噪声、系统散粒噪声和热噪声等主要要素的影响，然后提出了基于增大光电流并结合低热噪声的频谱探测的方式降低测量极限的方法，实现了极低本底单频激光相对强度噪声测试，频谱分析频段可达到40 GHz，测量本底达-171 dBc/Hz。基于该方法和系统，更加精细地研究、表征了光通信中的光放大和强度调制过程的相对强度噪声特征，清晰地展示了极低本底下典型激光光源的噪声滚降和多个弛豫振荡峰、强度调制谐波失真等特性，证实了极低本底噪声测量方法的有效性。研究结果在激光器性能的设计优化和应用系统的选型评估等方面具有重要的应用前景。     

压缩态光场制备中的单频激光源噪声分析

采用自零拍探测法和分析腔转换法,分别对适用于音频段压缩态光场制备的全固态单频激光器和光纤激光器的正交分量噪声进行了对比分析。结果表明,1064 nm全固态单频激光器的正交振幅噪声和正交相位噪声分别在分析频率大于1.5 MHz和5 MHz之后即达到散粒噪声基准,光纤激光器在测量带宽范围内均高于散粒噪声基准。采用半导体放大器(SOA)降噪系统后,光纤激光器的低频段(620 kHz)正交振幅噪声小于全固态单频激光器。本研究结果为低频段压缩态光场的研究提供了单频光源选择方案;SOA降噪系统可有效抑制低频段激光的正交分量噪声,为音频段压缩态光场的制备提供了依据。     

稳定单纵模运转的低噪声环形复合腔光纤激光器

报道一种可实现稳定单纵模运转的低噪声环形复合腔掺铒光纤激光器。利用保偏光纤抗外界扰动能力强的特性,精细地优化复合腔参数以拓宽有效纵模间隔。对经隔震绝热封装后的激光器采取温度补偿,可对复合腔自由光谱范围(FSR)进行微调,使得复合腔激光器可更精准地运用Vernier效应来有效抑制跳模,进而该激光器可实现14 h以上无跳模的稳定单纵模连续运转,输出激光的信噪比高达80 dB,线宽窄至400 Hz。此外,还首次测量了环形复合腔掺铒光纤激光器在自由运转下宽频段内强度噪声和频率噪声特性,测量结果表明,该激光器在1 mHz～1 MHz宽频段内的强度噪声和频率噪声低,在1 mHz～10 Hz频段,强度噪声和频率噪声均优于典型分布Bragg反射(DBR)光纤激光器的噪声水平,且弛豫振荡频率也更低。     

基于平面光波导注入锁定技术的分布式反馈激光器阵列相干合束光源

面向芯片化空间激光通信、激光雷达等应用对高功率激光光源的需求，笔者将注入锁定到同一种子光的分布式反馈激光器（DFB激光器）阵列通过平面波导耦合器进行相干合束，解决了单个DFB激光器功率受限的问题。为了研究基于注入锁定技术的DFB激光器阵列的相干合束效果，测量了不同数目的注入锁定激光器在相干合束前后的光功率、相位噪声、相对强度噪声，通过计算得到2、3、4个DFB激光器的合束效率分别为91.6%、87.8%、78.3%，实现了相对于单个激光器的光功率放大，同时通过理论分析和实验研究了相干合束对相位噪声及相对强度噪声的影响。     

被动锁模Cr4+:YAG激光器的噪声分析

锁模固体激光器的激光输出脉冲的频率和强度随激光器的噪声出现非常大的波动，限制了激光器系统在许多方面的应用。理论上分析了被动锁模Cr^4-：YAG激光器的噪声形式和产生原因，从被动锁模Cr^4-：YAG激光器的脉冲传播方程出发。得到了带噪声的非线性薛定谔方程，依据这个方程的类孤子解，推导出被动锁模Cr^4-：YAG激光器腔内在噪声影响下脉冲的振幅和相位波动的线性扰动方程。对这个方程作了逼近解，得出振幅和相位波动的表达式和相应的噪声谱，可对实际的被动锁模Cr^4-：YAG激光器输出脉冲的噪声进行控制。     

被动锁模Cr~(4+)∶YAG激光器的噪声分析

锁模固体激光器的激光输出脉冲的频率和强度随激光器的噪声出现非常大的波动,限制了激光器系统在许多方面的应用。理论上分析了被动锁模Cr4+∶YAG激光器的噪声形式和产生原因,从被动锁模Cr4+∶YAG激光器的脉冲传播方程出发,得到了带噪声的非线性薛定谔方程,依据这个方程的类孤子解,推导出被动锁模Cr4+∶YAG激光器腔内在噪声影响下脉冲的振幅和相位波动的线性扰动方程,对这个方程作了逼近解,得出振幅和相位波动的表达式和相应的噪声谱,可对实际的被动锁模Cr4+∶YAG激光器输出脉冲的噪声进行控制。     

利用光电反馈抑制钛宝石激光器低频段的强度噪声

对前置光电负反馈抑制钛宝石激光器强度噪声方法的特性进行了理论分析,表明注入噪声不同时对应的最佳反馈增益不同。利用前置光电负反馈方法,在实验上实现了全固态连续单频可调谐钛宝石激光器低频段的强度噪声抑制,通过调节反馈增益,使激光器的强度噪声抑制程度最大。在分析频率为1.125 MHz处,强度噪声由原来的8.7 dB降低到了1.4 dB,抑制程度达7.3 dB。调节反馈增益和相位延时,可以获得不同分析频率的强度噪声的降低。     

基于全固态单向行波环形腔的连续波单频1.5μm激光器

报道了一台激光二极管双端端面偏振抽运的低噪声单向行波环形腔连续波单频Er, Yb∶YAB 1.5μm激光器。通过精确测量蓝宝石-Er, Yb∶YAB-蓝宝石薄片和铋铁石榴石磁光晶体的热透镜焦距,采用双端面、长聚焦、偏振选择的抽运结构,通过提高可注入的抽运功率、降低激光晶体的热效应,首次实现了基于单向行波环形腔单纵模选择技术的全固态连续波单频1.5μm激光运转。连续波单频1.5μm激光输出功率达755 mW,2 h内的功率波动小于±1.2%,激光的强度噪声在分析频率大于5 MHz的范围内达到散粒噪声极限。     

单频激光宽频段频率和强度噪声测量技术

报道了一种mHz至MHz宽频段激光噪声的规范测量技术。通过研制基于迈克耳孙光纤干涉仪的相关延时自外差频率噪声测量装置和具有定标功能的光外差拍频测量装置,结合频谱分析仪和快速傅里叶变换分析仪等标准仪器,规范地测量出了单频激光在mHz至MHz宽频段内的频率和强度噪声特性,并验证了测量结果的准确性。该测量技术有望应用于引力波探测和精密测量等应用中的激光噪声评估。     

电流调制激光引入的非稳散粒噪声的测量

利用锁相放大器,结合对Labview 软件编程,研究了电流调制激光引入的非稳散粒噪 声。通过对噪声功率谱的多次平均和快速傅立叶变换,有效地测量了非稳散粒噪声的频谱特性,研究结果表明非稳散粒噪声具有确定的相位依赖特性。     

新型多量子阱被动锁模半导体激光器噪声分析

对多量子阱被动锁模半导体激光器的噪声理论进行了系统的分析 ,并给出了半导体激光器腔内相位随载流子浓度变化的关系。研究表明 ,被动锁模半导体激光器 (MLLDs)的总噪声主要由散粒噪声、自发辐射放大噪声、频率调制噪声和量子噪声组成 ,分别由光场的振幅、频率和载流子的相位噪声等所致的结果     

基于腔内光放大器结构的光纤激光器噪声抑制方法

设计了一种将半导体光放大器耦 合于光纤激光器腔内的结构,以抑制光纤激光器的相对强 度噪声。基于半导体光放大器的增益饱和效应,将光纤 激光器在弛豫振荡峰处的相对强度噪声抑制了30 dB。更进 一步地,通过腔内的放大器结构使得放大器内部的光学 强度达到一个稳定态,最终使得激光器的频率噪声没有因 光放大器的加入而产生劣化。     

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。     

无热退偏损耗Nd∶YAG环形腔单纵模激光器

在Nd∶YAG侧面泵浦四镜环形腔单纵模激光器内,采用薄膜偏振片反射光束作为输出光束,以消除环形腔内热退偏损耗,提高输出功率及效率。实验表明,该Nd∶YAG环形腔可单向运转并输出单纵模激光,环形腔激光器内无热退偏损耗。在驱动电流为21 A时,环形腔激光器输出5.1 W 1064 nm单纵模激光,输出激光线宽为200 MHz,输出光束为线偏振光。通过采用端面泵浦结构,以及采用对p偏振光反射率与泵浦功率相匹配的薄膜偏振片,激光器单纵模输出功率及效率可望进一步提高。     

基于单边带调制的前馈技术压缩半导体激光器线宽

提出了一种基于电光单边带调制的前馈线宽压缩系统,该系统主要包括相位噪声检测和单边带调制两大部分。相位噪声检测部分输出一个与相位误差成比例的误差电压信号,电压信号通过线性调频作用于单边带强度调制器,实现对激光信号的调制。单边带调制器采用马赫增德尔强度调制器的结构,相当于内嵌四个相位调制器,通过相位调制达到强度调制的目的,最终得到线宽压缩的激光信号。实验针对波长为1552.52nm、功率10mW 的分布反馈（DFB）半导体激光器,通过对闭环系统的搭建与仿真,激光器的线宽从原来的0.5nm减小到0.016 nm,实现了对半导体激光器线宽的压窄。