163 MHz/786 fs高基础重复频率掺镱飞秒光纤激光振荡器

高重复频率光纤激光器因其光斑质量好、集成化程度高、光光转化率高等优势在光学频率梳、工业加工、超高速光学采样等领域有着举足轻重的作用。利用非线性偏振旋转（NPR）的锁模机理,设计并搭建了一款基础重复频率为163 MHz的“十字腔”型孤子锁模光纤飞秒激光器。该激光器锁模后在450 mW的泵浦功率下可以输出200 mW的最大功率,光谱半高宽为30 nm,输出脉宽为786 fs。通过进一步分析激光器泵浦功率与输出功率之间的关系,得到泵浦功率处于400～500 mW时,激光器处于最佳锁模状态,并且可以实现自启动锁模。所设计的激光器由于其更加紧密的光学频率梳齿、更好的成像质量和更快的成像速度,在精密光谱、天文探测等领域具有应用意义。     

反馈弥补激光能量传输中部分反射镜反射损失

激光能量传输中的光电池表面通常覆盖有一层部分反射镜,用于产生反射光信号,实时控制接收端的光功率大小以及调整发射端和接收端的对准度.部分反射镜会降低能量传输效率,提出了一种反馈式能量传输方式,建立了理论模型,推导了激光器输出功率表达式.从表达式中可以发现反馈激光可降低激光器的阈值电流,提高激光器的输出功率.通过实验测量了反馈和无反馈时激光器的阈值电流和输出功率,实验结果表明相比较于无反馈情况,反馈作用使激光器的阈值电流降低了25％,驱动电流为60 mA时,输出功率提升了10％.实验还比较了反馈情况和无反射镜情况下的输出功率,结果表明,反馈作用将反射镜的反射损失从10％降低到了3％,弥补了反射镜的反射损失,提高了激光能量传输效率.     

基于非色散红外吸收原理的可燃气体浓度探测仪研制

该文设计了一种基于非色散红外吸收原理(NDIR)的可燃气体浓度探测仪。设计了针对可燃气体特性的气体检测室,针对红外热释电探测器输出的特性设计了微弱信号放大电路,使用前端放大器对红外热释电探测器输出的微弱信号进行前端放大,然后对滤波放大后的信号进行采样转换。通过对不同浓度范围的标准可燃气体进行实验测量,拟合得到探测器输出的电压值之比和气体浓度之间的关系,并对可燃气体进行实时测量试验。验证了该检测仪在测量精度、范围等方面的优势。     

LD泵浦腔内倍频Nd:YAG/LBO蓝光473nm激光器的低噪声运转

激光二极管（LD）泵浦腔内倍频Nd:YAG/LBO蓝光473nm激光器在不加入腔内特殊元件的情况下,往往倍频输出功率具有很大的高频噪声,即所谓的“蓝光问题”！这大大限制了473nm蓝色激光的应用！为了降低该激光器件倍频输出功率的高频噪声,采用了通过提高腔内基频光循环强度和缩短激光晶体以减小准三能级激光系统再吸收损耗的方法来实现473nm激光器的低噪声运转！实验中利用两个2W激光二极管耦合作为泵浦源及1.0mm厚的Nd:YAG材料作为激光晶体,在利用10mm长LBO材料作为倍频晶体的情况下,获得了输出功率为195mW的具有低噪声特性的473nm蓝光激光运转！实验结果表明：倍频输出功率（峰－峰值）/平均值小于1%！激光输出在1h内没有发生激光跳变现象发生并且无需腔内其它元件的引入。     

功率运算放大器

一、概述一般运算放大器的输出电流在几毫安到几十毫安之间,输出功率也不过几十毫瓦到几百毫瓦。所以一般运算放大器做为功率器件使用时,必须外接一些元件,提升其功率,而这是用户所不希望的。我们利用厚膜混合集成工艺研制成功了功率运算放大器 SG0021和 SG0041样品。SG0021输出电流1安培,输出电压峰峰值为±10V;SG0041输出电流200毫安,输出电压峰峰值为±12V。器件有过载保护,不     

全固态复合内腔和频570nm连续波黄光激光器

研制了全固态连续波570nm黄光激光器,黄激光分别由两片Nd:YAG的1444nm和946nm谱线非线性和频产生,两条谱线分别对应各自的晶体能级跃迁4F3/2-4I15/2和4F3/2-4I9/2。实验采用复合腔结构,利用KTP晶体II类临界相位进行内腔和频。测量了570nm黄激光输出功率随泵浦功率的变化,结果表明,当注入到两片Nd:YAG晶体的泵浦功率分别为24W和15W时,获得了560mW的连续波570nm黄激光输出,其4h功率稳定度优于±2.8%。在输出功率为560mW时,采用光束质量分析仪测量了激光输出光斑质量,结果显示,在570nm最大和频激光输出时的光束质量因子M2为2.3。所提出的复合内腔和频技术可为新波长激光器的发展提供参考。     

用于半导体激光器的大电流纳秒级窄脉冲驱动电路

根据脉冲式半导体激光器对功率、脉宽、上升沿的要求,同时考虑电脉冲的注入便于测试激光器的各种性能,提出了一种以金属氧化物半导体场效应晶体(MOSFET)为开关器件,以雪崩晶体管为驱动器,可产生大电流、窄脉宽、陡上升沿脉冲的激光器驱动电路。讨论了预触发脉冲宽度和雪崩晶体管输出负载对MOSFET输出脉冲在幅度和波形上的影响以及如何通过调整耦合电阻来控制脉冲的"下冲"和振荡。实验结果表明:在0~200V供电电压下,该电路在1Ω电阻上产生了从0A到148A,具有陡上升/下降沿的10ns级电脉冲。通过调整电路参数,可输出脉冲宽度窄至8.6ns,幅度达到124A的电脉冲。该驱动电路满足了脉冲式半导体激光器的工作要求和对器件测试的要求。     

注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测技术

为了提高微量气体的拉曼散射强度,本文设计并搭建了注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测平台。半导体激光器(波长为638nm,功率为15mW)输出到由三块高反镜组成的V型增强腔中,结合注入锁定技术,腔内激光强度达到7.5 W,实现了500倍的增强效果。利用该实验平台对微量单一气体及其混合气体进行了拉曼检测,并根据拉曼特征谱峰选取原则及信噪比大于3的原则,确定了H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2的特征拉曼谱峰分别为4 156,2 143,1 388,2 918,2 955,1 344,1 975cm-1,最小检测极限分别为10.2,21.7,9.4,2.1,8.9,4.9,3.3Pa。腔增强拉曼光谱法可以实现微量同核双原子气体检测及利用单一波长激光的混合气体同时检测,具有替代气体检测传统光谱方法的潜力。     

一种采用复合磁电换能器的振动能量采集器

设计了一种由悬臂梁、磁电换能器和永磁体组成的新型振动能量采集器.环境振动引起换能器与永磁体相对运动,使得作用到换能器的磁场变化,变化的磁场引起换能器得到电输出.理论分析了影响换能器与永磁体相对运动的磁场力和永磁体的非线性运动情况.实验结果表明:在振动激励频率为33 Hz,振动加速度为0.5 g的条件下,输出电压峰峰值45.1 V,输出功率112.1 μW.     

电场能量采集器的最大输出功率追踪电路设计*

本文采用频率变换原理采集输电线周围电场能量,设计了一种能量采集电路,对超级电容充电。负载阻抗呈电容性,为非线性负载,充电过程中阻抗不断变化。为实现最大输出功率传输,设计了低功耗的最大输出功率追踪(MPPT)电路,采用频率值为32.768 k Hz石英晶体构成方波振荡电路,因电容电压不能突变,通过充电电流控制开关导通时间,构成电流反馈最大输出功率点追踪系统。最大输出功率追踪电路的工作电流为1.2 u A,工作电压为5 V,功耗为6 u W。实验结果表明,在充电36min时达到最大功率输出,储能电容电压的大小为0.32 V,输出功率最大为18 u W。相比于直接充电电路,最大输出功率电路的能量采集效率提高了50%。     

单晶硅表面微结构纳秒脉冲激光加工研究

以单晶硅为对象,使用波长355 nm、脉宽15 ns的纳秒激光对单晶硅进行烧蚀加工试验研究.基于单因素法设计并完成了单晶硅纳秒脉冲激光直线刻蚀试验,探究了激光输出功率、激光脉冲重复频率、激光扫描速度和扫描次数对纳秒脉冲激光加工单晶硅表面形貌的影响规律.基于优化的加工工艺参数,在单晶硅表面制备出方形阵列的微结构.     

基于强度调制的液体浓度检测系统

介绍了一种光纤传感器液体浓度实时检测系统，采用了5mW的激光二级管LD、光纤光电耦合器、U型敏感元件以覆PN结型光电二极管（PD）为主要的组成部件。光在U型敏感元件中传输时发生全反射，同时被测液体的浓度对光强进行调制，通过测量输出端电压的变化来测量液体浓度的变化。实验以食盐和蔗糖溶液为测量对象，精度可以达到0．05％，测量结果与理论分析十分相符。这个实验装置的显著优点是体积小、结构简单、测量范围宽，能够实现液体浓度的在线测量与生产的自动化。     

用于汽车尾气监测的新型气体浓度传感器系统

针对汽车尾气新的排放标准和检定方法的实施,设计了用于汽车尾气监测的热电堆传感器系统。采用导电不定型碳多层镀膜技术的电调制红外光源,使其调制频率最高可以达到100 Hz.对传统气室结构进行了优化设计,使气室与外支撑分离,降低了外界环境的影响。实现了当红外光照射到吸收窗时,在输出引脚上产生与入射光功率成正比的输出信号电压,-3 dB衰减频率大约为10 Hz.实验结果表明：该气体浓度传感器系统满足汽车尾气中CO、CO2、HC监测的要求。     

A novel gas divider using nonlinear laminar flow

Gas dividers are important in emissions measurement since they continuously and accurately mix two gases to create a known gas concentration that is needed in the multi-point calibration of gas analyzers. A novel gas divider was designed using nonlinear laminar flow induced from the density change along the capillary channels due to the high-pressure drop (relative to the inlet gas pressure). The minor losses from entrance and exit effects can be ignored due to the high pressure loss from Hagen-Poiseuille's law relative to the minor losses. Small diameter wires inside of a tube were used to create capillary channels through which gas could flow. The gas divider, using nonlinear laminar flow, showed lower measurement uncertainty at high (90%) dilution levels than using linear laminar flow due to the higher-pressure drop at the same volumetric flow rates. Experiments showed the expected gas concentration from using the gas divider to be within 2% of the measured gas concentrations.     

激光透射式粉尘仪的微弱信号处理研究

为实现在线监测粉尘浓度,设计了一个激光在线粉尘检测仪.在一个典型的烟尘排放连续监测(CEMS)系统中,激光粉尘检测距离要求达到15m以上,然而半导体激光器的输出光功率在20 mW以下.为了从强噪声背景中提取极其微弱的反射光信号,设计了一种数字平均器以提取“nW”级别的微弱反射光信号.对原型机在不同测量距离和消光比条件下...     

Novel Gas Concentration Measurements based on Harmonic Detection and a Broadband Light Source

The determination of gas concentration based on harmonic detection was studied theoretically and experimentally. The principle of second harmonic detection technology based on a broadband light source and the impact of modulation parameters on the harmonic signals were analyzed theoretically. The principles of multiple modulation were analyzed in order to improve the detection resolution. A fiber Bragg grating bonded to a carbon fiber cantilever was designed to achieve wavelength modulation. The impact of the modulation frequency and voltage amplitude on the second harmonic signals were studied experimentally. The output of the detector and the impact of the random noise were analyzed at different modulation frequencies and amplitudes. The optimum frequency and amplitude were determined to be 40 Hz and 2 V. The measurement of acetylene was carried out using this system. The results show that the gas measurement limit was 500 ppm, the stability was 3.92%, and the system sensitivity was 1 µV/ppm.     

对称式微波功率传感器的设计

为了克服传统微波功率传感由于失配和热损耗带来的微波功率测量误差,提出了一种基于MEMS技术的对称式微波功率传感器,对该微波功率传感器的微波损耗、温度分布以及微波功率的精确测量进行了研究.首先,根据提出的损耗模型推导了微波损耗功率和损耗电压的表达式,并建立了该传感器的传热解析模型;接着,设计并制作了该微波功率传感器;最后...     

基于STC系列单片机的车载逆变电源

针对传统逆变电源启动困难的问题,对控制策略进行了改进,设计了一款以单片机STC12C5A60S2为主控芯片的两级式级联车载逆变电源。该电源以12 V直流电压为输入,通过升压与逆变两个功率变换环节得到了220 V,50 Hz的正弦交流电。在升压环节,采用直流母线电压负反馈,确保了直流母线电压的稳定性;在逆变环节,采用正弦脉宽调制(SPWM)技术,将输出电压的谐波畸变率(THD)降低到了5%以内。此外还对电池电压检测电路、输出电压检测电路、输出电流检测电路、桥臂短路保护电路进行了设计,并研制了实验样机。研究结果表明,采用逆变电路先触发升压电路后触发、根据输出电压实时更新占空比的控制策略,该逆变电源能够顺利启动,稳压特性良好,为以后逆变电源的优化设计提供了参考。     

A Nanographite Film-Based Fast Response Detector for Intense Laser Radiation

A simple high-speed photodetector of high-power laser radiation, based on the optical rectification effect, is described. It operates without an external power source. A nanographite film deposited onto a silicon substrate using the plasmochemical deposition technique and having two conducting surface electrodes is used as the photodetector’s photosensitive element. The performance of this device was demonstrated by detecting pulsed laser radiation in a spectral range of 0.266–1.9 µm using the second, third, and fourth harmonics of radiation from an YAG : Nd³⁺ laser with passive Q-switching and radiation from light oscillators based on stimulated Raman scattering in compressed hydrogen. It was shown that the photodetector sensitivity is proportional to the optical radiation frequency and its response time is shorter than 0.5 ns.__________Translated from Pribory i Tekhnika Eksperimenta, No. 3, 2005, pp. 84–89.Original Russian Text Copyright © 2005 by Mikheev, Zonov, Obraztsov, Svirko, Volkov.     

基于受激Raman放大器的井下人员震动定位系统的研究

通过使用激励Raman放大器提出并演示了一种125千米的长距离光FBG（光纤光栅）震动定位传感系统。在激励Raman放大器进程中,使用低功耗的1480nm激光器作为1395nm泵浦激光器的效应使得该系统可以获得125千米的测量范围。整个系统只由一个工作在1395nm的1-W的Raman泵浦激光源和一个低功率的1480nm激光器以及分别安放在50km和75kin位置上的EDF（掺铒光纤）放大器组成,并利用光纤多点定位原理实现震动点的定位,为矿井下矿难发生时人员的定位打下良好的基础。