差频产生中红外激光光谱检测系统研究

报道了最近研制的一种基于差频方法实现的室温工作宽调谐中红外激光光谱系统,使用波长范围分别为1490～1580 nm和1058.1～1060.8 nm的两台近红外半导体激光器分别作为信号和种子光源,采用PPLN晶体作为非线性混频器件,结合准相位匹配技术实现了3.2～3.7 μm连续相干光输出.针对该系统的输出带宽特性进行实验研究和分析,并与理论研究的结果进行了比较和讨论.     

差频产生中红外光源的大气痕量成分高灵敏检测系统研究

室温工作的连续可调谐相干光源在痕量气体检测技术中有着重要应用价值,非线性差频产生方法是获得室温工作的中红外相干光源的有效途径,是对传统激光光源的重要补充.研究了基于准相位匹配技术的差频产生基本原理和PPLN晶体的温度调谐特性;以甲醛为检测目标气体,研究了基于差频产生的大气甲醛中红外高灵敏探测系统组成,采用光通信波段半导体激光器和掺镱光纤激光器作为信号和泵浦激光,通过PPLN晶体的非线性差频过程实现3.53 μm差频输出.系统具有室温工作、全光纤耦合、结构紧凑的特点,能够满足大气痕量气体实时在线检测的需要.     

外腔调谐激光泵浦的差频中红外宽调谐激光光谱系统

室温工作的连续可调谐相干光源在痕量气体检测技术中有着重要的应用价值,非线性差频方法是获得室温工作的中红外相干光源的有效途径,是对传统激光光源的重要补充.报道了一种基于差频方法的室温工作宽调谐中红外激光光谱系统,使用两台近红外半导体激光器作为种子光源,采用PPLN晶体作为非线性混频器件,结合准相位匹配技术实现了3.2～3.7μm中红外相干光源输出,最大差频输出功率约为1μW,对CH4基频吸收谱线的光谱检测表明,系统能够满足在中红外光谱区对气体成分进行高分辨、高灵敏、快速吸收检测的需要.     

同步脉冲诱导的高功率中红外差频产生技术（特邀）

提出并实验探究了基于同步脉冲诱导的中红外差频产生技术,利用高速光电探测器将泵浦光脉冲转换为超短电信号,使其驱动宽带的幅度调制器,作用于可调谐连续激光器上,从而实现双色脉冲的稳定时域同步。利用了同步脉冲诱导的非线性差频过程,有效降低了光参量下转换的泵浦阈值,能够获得瓦量级的中红外超短脉冲输出,最大泵浦光转换效率达60%,且中心波长在3000~3175 nm范围内可调谐。得益于全保偏光纤架构,平均功率的不稳定度(STD/MEAN)在1 h内低至0.07%,展现了优异的长期稳定性。此外,该方案利用光-电-光高速调制实现高精度脉冲同步,免除了复杂的反馈电路,具有结构简单、即插即用、鲁棒性强的特点,为拓展中红外光源在野外的应用奠定了基础。     

基于差频技术的宽谱中红外飞秒激光的产生

飞秒差频产生器(DFG)是一种获得宽谱中红外激光的有力工具。为了利用DFG产生更高瞬时带宽的中红外激光,可以使用窄带泵浦光、宽带信号光结合大信号光相位匹配带宽的非线性晶体或使用宽带泵浦光、窄带信号光结合大泵浦接受带宽的非线性晶体。研究表明,对于PPLN晶体,当泵浦光波长为1050 nm,闲频光波长在3.4μm附近时,非线性晶体具有较大的泵浦接受带宽,仅使用均匀极化周期PPLN晶体即可获得宽谱中红外激光。基于高重复频率的掺镱光纤激光放大器系统,通过引入自相位调制效应,获得了中心波长为1050 nm的宽谱光源,将其作为DFG系统的泵浦源。利用飞秒脉冲在负色散光子晶体光纤中的拉曼效应,产生了中心波长为1525 nm的超短脉冲,将其作为DFG系统的信号源。在长度分别为1 mm和3 mm的PPLN晶体中,都获得了宽谱中红外闲频光输出,其-10 dB光谱覆盖范围分别为2.72～4.15μm和2.87～4.08μm。     

GaP,GaAs和PPLN晶体级联差频产生太赫兹辐射

研究周期极化磷化镓晶体(GaP)、砷化镓晶体(GaAs)和周期极化铌酸锂晶体(PPLN)准相位匹配级联差频产生太赫兹辐射,相较于差频过程,级联过程太赫兹辐射输出功率增大9.5倍。通过分析三波耦合方程,计算并比较晶体的波矢失配量、极化周期和太赫兹功率,结果显示,基于GaP晶体产生的太赫兹功率略大于GaAs晶体输出的功率;GaAs晶体的极化周期最小;PPLN晶体的波矢失配量和极化周期取值范围最小,而输出的太赫兹功率和转换效率最高。建立基于周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO:PPLN)准相位匹配原理的宽调谐激光系统,分析吸收因子对输出太赫兹功率的影响,计算级联差频峰值功率和转换效率。十五阶峰值功率3.72 MW,泵浦光总能量到太赫兹辐射能量的转换效率是3.72%。     

基于高品质PPMgLN器件的中红外光参量振荡器

介绍了一种基于高品质周期畴极化反转掺镁铌酸锂晶体的高效可调谐中红外固体激光器——光参量振荡器的研制情况。该晶体长40 mm、厚1 mm,采用高压电脉冲触发技术制作,其中氧化镁掺杂浓度为6 mol％。光参量振荡器采用双向单共振结构,泵浦源为工作波长在1.064 μm、线偏振的声光调Q掺钕钒酸钇激光器。当输入泵浦功率为10.6 W时,光参量振荡器输出功率为4.8 W,信号光的调谐范围为1.4~1.8 μm,闲散光的调谐范围为2.7 ~4.4 μm,光光转换效率大于44％。由于该类激光器的极高转换效率和方便灵活的调谐能力,非常适合于作为中红外波段的激光光源,用于各类光电对抗、激光探空雷达、大气激光雷达等系统。     

光纤型宽调谐中红外激光光源的设计与研制

报道一种光纤型宽调谐中红外差频产生（DFG）激光光源,该系统分别以掺镱光纤激光器（YDFL）和掺铒光纤激光器（EDFL）作为泵浦和信号源。为拓宽基频光调谐范围,采用了4个不同工作波段的YDFL,并通过电控光开关实现段间的快速切换,总调谐范围为1040-1110nm;采用电控偏振控制器 (ECPC)分别对基频光偏振态进行精确快速控制,以提高系统转化效率;利用PID算法和负反馈技术分别稳定泵浦LD温度和驱动电流,并将其工作状态通过LCD实时显示。测试结果表明,该中红外激光系统可在3.04-3.72μm内连续调谐。     

周期极化GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射的研究

传统的光学差频产生的太赫兹辐射转换效率低,不能获得高功率太赫兹辐射。本文对周期极化GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射进行了理论计算,通过温度调谐实现了周期极化GaAs晶体中差频获得可调谐太赫兹波的输出。为了提高差频过程的增益和量子效率,在准相位匹配基础上引进了级联差频机理,并对最佳晶体长度和最佳泵浦频率进行了计算。结果表明,利用周期极化的GaAs晶体可以获得更高能量更高效率的太赫兹波辐射。     

基于差频产生太赫兹的中远红外非线性光学晶体

文章介绍了ZnGeP2,GaSe,CdSe,GaAs,GaP,DAST等几种用于太赫兹辐射的中远红外非线性光学晶体的非线性性能,总结了利用它们通过非线性光学差频产生太赫兹方面的最近进展.最后给出了获得较高转换效率和能量的太赫兹波输出的非线性光学晶体应具备的条件.     

超短中红外激光脉冲的产生及其发展状况

超短中红外脉冲对研究物理、化学、生物学和半导体内的超快过程等有非常重要的作用。介绍了参量振荡、差频产生、参量放大产生超短中红外激光脉冲的方法,及国内外相关研究的最新进展。     

基于级联倍频+差频效应的宽带波长转换过程

利用阶梯分段准相位匹配结构实现了基于级联倍频+差频效应的单通/双通宽带波长转换.对于固定的晶体长度,通过增加阶梯段数并合理设计准相位匹配结构参数,可以同时获得高转换效率、大转换带宽和高平坦性.当晶体长度为3 cm时,在保证平坦度低于0.2 dB的前提下,单通构型波长转换器的转换带宽和最大转换效率可分别达到177 nm和-9.94 dB,而双通构型的分别为170 nm和-4.15 dB.最后对基于阶梯分段准相位匹配结构的波长转换器与基于正弦啁啾光学超晶格和分段光栅结构的波长转换器的特性进行了对比分析,结果显示阶梯分段结构具有良好的综合特性.     

基于电反馈方法的窄线宽半导体激光器

窄线宽半导体激光器广泛应用于雷达和传感等领域,因此窄线宽激光器的研究具有十分重要的意义。设计采用了电反馈的结构,从激光器发射出来的光经过一个专门设计的频率鉴别器,来稳定激光器的中心波长。光电探测器将频率鉴别器发射出来的光转化成电流,与激光器内部探测器的电信号比较,比较之后的差值反馈到激光器将激光器的线宽锁定在环路带宽范围内;从而将激光器线宽由原始的0.5nm降低到0.08nm。     

延时自外差法线宽测量误差分析仿真及修正

讨论了移频延时自外差探测的基本原理,并对外差得到的功率谱进行了公式推导。在此基础上,对外差测量中出现的测量误差进行分析,同时设计了自外差测量实验装置进行实验对比,确定了由于延时线长度不够导致的线宽测量误差来源是因为延时时间短导致幂指数函数项波动加剧造成的;同时针对外差信号频谱为洛仑兹型和类高斯型的混合谱型,在高斯功率谱密度函数的基础上,对延时时间和1/f谱宽的影响进行了仿真计算,采用Voigt分析,提取出1/f导致的测量误差,提高了线宽测量的精度。以高斯谱宽4.5 kHz的谱型为例,对应的洛仑兹线宽约为0.68 kHz,提高了一个数量级的测量精度。     

光纤光栅外腔半导体激光器的线宽特性研究

利用光子轨道角动量(OAM)可以大幅度提高通信系统的频谱效率和容量,从而满足未来通信容量不断增长的需求。以InP基半导体外延材料为基础,设计了一种将分布反馈(DFB)半导体激光器与OAM光转换器件集成在一起的有源半导体OAM光束发射器,并对这种结构进行了参数设计和模型仿真。 更多还原     

光纤光栅外腔半导体激光器的线宽特性研究

通过构建外腔半导体激光器的等效腔模型,并在修正的肖洛-汤斯线宽公式中引入外腔压窄因子,系统模拟了光纤光栅外腔半导体激光器的电流阈值特性和线宽特性.以等效腔模型为基础,综合考虑外腔压窄因子,利用修正后的肖恩-汤斯公式,使用Matlab对外腔激光器的阈值和线宽特性进行了系统的模拟.模拟结果表明:通过增加外腔反射率,可有效增加光子寿命并降低阈值载流子浓度,进而获得较低的阈值电流,对于0.81的外腔等效反射率,阈值电流低至3.83 mA;通过增加外腔反射率、耦合效率和外腔长度,可显著压窄线宽至千赫兹量级;此外,合理限制增益芯片尺寸也会压窄线宽.激光器工作电流为60 mA时,当外腔光栅反射率由0.1提高至0.9可使阈值电流由9.04 mA降低至4.01 mA,线宽由95.27 kHz降低至1.34 kHz;当外腔长度由2 cm增加至6 cm时,激光器线宽由3.20 kHz降低至0.36 kHz.     

两台独立激光器拍频线型对线宽测量的影响

根据两台独立激光器拍频的理论模型,计算得到了洛伦兹线型和高斯线型的拍频线宽随衰减值的变化关系。为了提高激光线宽测量精度,在未知拍频线型时应选取较小的衰减值计算激光线宽;在已知拍频线型的情况下可选取较大的衰减值计算激光线宽。实验上采用窄线宽半导体激光器拍频测量其激光线宽,根据几个特殊衰减值处的线宽比值关系来判别拍频线型。选用较大衰减值处的拍频线宽计算激光线宽,测量结果与仪器出厂指标相比,误差仅为0.23%。该方法对其他线型仍然适用。     

基于相干包络解调的窄线宽测量算法研究

激光线宽对光学相干探测系统的探测范围、精度和噪声特性都有重要影响。为精确测量半导体激光器的线宽值,提出了通过解调短延时自外差的干涉谱来实现高精度窄激光线宽测量的新方法。搭建短延时的自外差干涉测量系统,得到半导体激光器的干涉谱,通过设计算法对干涉谱的相干包络进行解调,最终获得了严格的洛伦兹线型谱和相应的谱线宽度,通过理论分析、仿真和实验验证了该方法的可行性。该方法可以忽略因1/f频率噪声产生高斯展宽带来的影响,与传统线宽测量方法相比,该方法的测量结果更加精确。