LD抽运的双频固体激光器的光谱和频差特性研究

研究了LD抽运的、频差可调的双频Nd:YVO4微片激光器的光谱特性。对于荧光谱宽固定的激光增益介质,输出激光的光谱特性主要与抽运功率、抽运位置和谐振腔长等参数相关;通过控制相关参数,可以调整输出激光不同波长频谱峰之间的相对频差。实验结果表明,当LD抽运电流为14.5A时,抽运光与谐振腔模达到良好的匹配,输出稳定的双纵模双频激光,相应的频差可超过90GHz;改变抽运参数相应频差在92.22~94.24GHz之间变化;增加谐振腔的腔长时,输出的激光纵模间隔减少并可输出三纵模,其中两频峰之间的最小频差可达到26.50GHz。     

大频差双折射双频Nd:YAG激光器

提出并论证了一种新型双频激光器研究方案,即在激光二极管(LD)抽运Nd:YAG激光器的谐振腔内,插入一只集纵模选择与纵模分裂于一体的多功能元件――晶体石英F-P标准具。因腔内存在双折射效应,每一激光纵模分裂为两个相互正交的线偏振模,即o模和e模;同样,Nd:YAG激光增益带宽范围内标准具的唯一透射极大峰也一分为二,即分裂为o峰和e峰。使一个o模位于o峰的峰顶处,并使一个e模位于e峰的峰顶处,即可实现o模和e模的同时运转。将厚度为0.645mm,切割角(晶体光轴与晶体表面法线间的夹角)为10°的晶体石英F-P标准具,置于腔长为40mm的Nd:YAG激光谐振腔内,获得了双纵模同时振荡输出,其频差约为2GHz。     

大频差双折射双频Nd∶YAG激光器

提出并论证了一种新型双频激光器研究方案 ,即在激光二极管 (LD)抽运Nd∶YAG激光器的谐振腔内 ,插入一只集纵模选择与纵模分裂于一体的多功能元件———晶体石英F P标准具。因腔内存在双折射效应 ,每一激光纵模分裂为两个相互正交的线偏振模 ,即o模和e模 ;同样 ,Nd∶YAG激光增益带宽范围内标准具的唯一透射极大峰也一分为二 ,即分裂为o峰和e峰。使一个o模位于o峰的峰顶处 ,并使一个e模位于e峰的峰顶处 ,即可实现o模和e模的同时运转。将厚度为 0 6 45mm ,切割角 (晶体光轴与晶体表面法线间的夹角 )为 10°的晶体石英F P标准具 ,置于腔长为 40mm的Nd∶YAG激光谐振腔内 ,获得了双纵模同时振荡输出 ,其频差约为 2GHz。     

频差可变的双纵模双频微片激光器的研究

提出了一种能产生双纵模的双频微片激光器。理论分析了微片激光器纵模生成的原理,并且通过实验实现了微片激光器的双频双纵模输出。实验结果表明,通过调节泵浦电流LD的大小,频差在一定范围内变化;当抽运电流为14.5A时,得到稳定的双频激光输出,相应的频差为85GHz;继续增加抽运电流,频差将逐渐减小,当抽运电流为19.5A时,相应的频差为53GHz。本文的双频激光器在光生毫米波领域有很大用处。     

双腔大频差双频全固态激光器设计与实验研究

为了获得大频差双频激光输出,设计了一种由偏振分光棱镜和半波片组成的新型双折射滤光片作为激光纵模选择元件。将这种新型双折射滤光片置于激光二极管(LD)抽运Nd∶YAG激光器的谐振腔内,实现了单纵模激光振荡。绕激光腔轴旋转半波片以改变波片快轴与偏振分光棱镜偏振面之间的夹角,发现单纵模激光输出功率发生周期性变化,变化周期约为π/2。设计并实验研究了一种LD抽运双腔大频差双频Nd∶YAG激光器,其两个驻波谐振腔(即直线腔和直角腔)共用相同的激光介质和纵模选择元件,1064 nm激光p分量和s分量分别在直线腔和直角腔内同时以单纵模振荡,改变每一谐振腔的长度可以调谐腔内单纵模激光的谐振频率,从而实现双频激光频差调谐。实验观察到1064 nm正交线偏振双频激光的频差在27~113.4 GHz范围内可调谐。     

双频激光器的稳频研究

本文研究了双频激光器的单模工作条件,频差随磁场强度的变化,以及左右旋偏振光由兰姆下陷所引起的多个稳频点问题.利用拍频方法测出双频激光器的频率重复性优于4.4×10~(-8),长时间(2小时)频率稳定性优于2.5×10(~-8).     

全内腔角块定频差双折射双频He-Ne激光器及其稳频研究

介绍了全内腔角块定频差双折射双频He Ne激光器的结构设计 ,用等光强法对其进行热伺服稳频 ,在 8h工作时间内 ,稳频精度在 2× 10 -7以上。     

Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差影响因素研究

针对自主研制的Y型腔正交偏振He-Ne双频激光器,利用Lamb半经典理论分析抽运电流、工作点和谐振腔损耗等因素对闭锁阈值频差的影响规律。搭建了Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差测量系统,从实验上开展对双频激光器闭锁阈值频差影响因素研究。通过改变抽运电流值和公共腔镜上压电陶瓷电压研究抽运电流和工作点对激光器闭锁阈值频差影响。实验结果表明,激光器闭锁阈值频差随抽运电流值增加而减小,工作点越靠近增益曲线中心,激光器闭锁阈值频差越小。当激光器抽运电流值大于2.2 m A时,调节公共腔压电陶瓷电压至最佳工作点处,激光器闭锁阈值频差可降至几兆赫兹甚至更低。     

新型大频差可调谐双频激光器

提出了一种新型大频差可调谐及双频激光器。利用LD端面泵浦Nd:YAG微片，将液体压强通过传递膜片加到晶体径向上，由于应力双折射效应，此微片激光器纵模发生分裂产生频差，理论分析和实验表明，此频差与施加的压强成正比关系，通过改变压强即可实现频差调谐。实验中获得了良好的频差与所加压强的线性调谐关系，并得到了约3.4GHz的巨大频差。     

弹性加力中频差He-Ne塞曼-双折射双频激光器及稳频

为了提高激光干涉仪的测量速度,研制了一种新型塞曼一双折射双频激光器(Z-B激光器),该激光器对增益管加横向磁场和对其"透射反射镜"加外力.采用了弹性加力方案,使其频差比刚性加力He-Ne激光器具有更高的赋值精度,达到±0.2 MHz.同时,还报道了对该激光器进行的稳频研究.利用调谐腔中平行光和垂直光的等光强点作稳频点,以光强平衡为依据设计热伺服控制电路,考虑了成本的最小化和系统的集约化,采用纯模拟元件实现了中频差He-Ne Z-B激光器频率的稳定.对频差5.4 MHz的Z-B激光器的稳频结果为:3 h稳频精度优于2.1xlO-8.     

具有32 GHz频差的掺Yb3+双频DBR光纤激光器

基于自制的双波长低反射率光纤光栅（FBG）作为分布式布拉格反射激光器（DBR）的输出端,实现了掺Yb3+双频DBR光纤激光器。该FBG的双波长间隔为0.12 nm,对应的频差为32 GHz。双频光纤激光器输出的两个波长分别为1 063.09 nm和1 063.21 nm,光谱信噪比大于60 dB。每一个波长只包含一个纵模。两个纵模的拍频信号为32.014 GHz,频谱信噪比大于35 dB。得益于光纤激光器本身具有结构紧凑,抗干扰能力强等特点,该型激光器有望作为高品质,小型化的微波信号源,用于微波传感和通信等领域。     

可控频率差的双频激光器的研究

传统的可控频率差的双频激光器是基于双折射效应来实现的,研究了S偏振光和P偏振光在全内反射和减反射薄膜的相位特性,提出基于双全内反射和倾斜减反射膜的相移之间的差别来实现可控双频激光。通过调节入射角的大小或设计不同的薄膜结构来控制双频激光器的频率差。最后在实验中发现,氦氖激光器的硬封接的透射窗存在较大的残余热应力双折射,可产生不可控却稳定的残余热应力双折射,用于制作频率差为中频的双频激光器。     

激光二极管泵浦可调频差双频固体激光器

研究了可调频差范围0～1.5 GHz的LD泵浦可调频差的双频固体激光器.激光增益介质是2 mm厚的1 at%掺杂Nd:YAG波片,利用端面泵浦和F-P标准具的选模得到单频连续输出,在单频的基础上将λ/4波片加入谐振腔中,造成本征光频率分裂,实现频差连续可调的双频激光输出.采用琼斯矩阵分析光腔内的本征值及本征向量,证明了双频激光两个电矢量偏振态之间总是正交的.两个偏振激光频率间隔由改变λ/4波片快轴之间的交角实现调谐.实验中得到80 MHz-1.3 GHz范围可调频差的双频激光输出,最大输出功率85 mW.     

双折射双频激光器增益曲线对稳频的影响

本文分析了双折射双频激光器增益曲线的特点,增益曲线影响频率稳定性,比较了不同比例的Ne20和Ne22形成的增益曲线,通过分析和实验获得最佳的Ne20和Ne22的比例,实验结果改善了频率稳定度.     

均匀磁场对自由电子激光器增益特性的影响及工作条件的研究

分析了在空间周期磁场的摆动器上,再迭加轴向均匀磁场后对自由电子激光器增益特性的影响,并进行了数值计算。结果表明,在周期长度和均匀磁场强度选择得当时,可望增益获得数量级的提高。但条件选择不当,迭加的均匀磁场反而降低增益。本文给出了恰当工作条件及计算结果。     

大频差双腔双频Nd∶YAG激光器合成波绝对距离干涉测量系统设计

为了实现高精度绝对距离测量,提出了双腔双频Nd∶YAG激光器（TCDFL）合成波绝对距离干涉测量方案。以正交解调Pound-Drever-Hall稳频的大频差TCDFL作光源,采用马赫-曾德尔干涉仪结构,设计了双频激光合成波绝对距离外差干涉测量系统,获得了两路同频外差干涉信号,对其进行比相测量,得到合成波干涉条纹的小数级次;对被测距离进行粗测,可唯一确定合成波干涉条纹的整数级次,从而实现绝对距离测量。建立了频差为24 GHz的二极管泵浦1064 nm正交线偏振TCDFL合成波长标定与绝对距离干涉测量实验系统,实验结果表明：空气中的合成波长标定值为12.4614 mm,其标准差为0.13μm;当被测绝对距离为900 mm时,其重复测量平均值为899.3851 mm,标准差和测量不确定度分别为1.36μm和4.08μm。该实验研究为今后研究开发超精密绝对距离干涉测量仪奠定了坚实基础。     

He-Ne双折射塞曼双频激光器的等光强稳频研究

在精密测量领域,He-Ne 激光器是制造激光干涉仪的首选光源,因波长作为测量的尺子,激光器的频率稳定性至关重要。介绍了双频激光器的稳频技术原理,利用调谐腔中平行光和垂直光的等光强点作为稳频点,以光强平衡为依据设计热伺服控制电路,采用数字和模拟电路共同控制,实现了He-Ne双折射塞曼双频激光器的频率稳定。对大频差(7.95 MHz)的双频激光器进行拍频测试,单次频率稳定度达10-9量级,重复多次多日测量,频率不确定度达1.07410-8(k=2)。同时对频差稳定度进行测试,频差波动范围在8 kHz以内,相对偏差度为0.001,完全达到商用双频干涉仪的标准。