国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
光镊具有非接触、低损伤和适用范围广等特性,被广泛应用于生命科学、纳米科技等领域。光镊系统通过调制束缚光场操控机械振子的运动,借助光动量和角动量的检测获取振子的运动状态,以实现对振子物理参量的精密测量。与传统液体光镊系统不同,真空光镊系统中的机械振子可获得与外界环境近乎完全隔离的状态,具有超高灵敏度的探测能力,是精密测量和基础物理研究的理想平台。首先介绍了真空光镊系统相关的基础理论,然后介绍了真空光镊系统的实验配置方案及其在精密测量中的典型应用,最后总结了真空光镊系统的发展现状,并给出了未来的发展建议。
激光光学 真空光镊系统 精密测量 反馈冷却
国防科技大学 光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
在核磁共振陀螺系统中, 需要用圆偏振光来泵浦碱金属(例如铷)原子, 使其产生极化。然而实际应用中的泵浦光不是理想的圆偏振光, 为了研究泵浦光椭圆度与铷原子极化率的变化关系, 推算了泵浦光经过四分之一波片后的表达式, 并由此得出泵浦光照射铷原子气室前的椭圆度, 建立了数值仿真模型, 研究了椭圆度对铷原子极化率的影响。同时通过实验得到了铷原子极化率与椭圆度的关系曲线。仿真和实验结果表明, 泵浦光椭圆度越大, 铷原子极化率越大, 随着椭圆度的进一步增大, 铷原子极化率增速变慢逐渐饱和; 此外, 相同的椭圆度下, 铷原子极化率随着泵浦光功率的增大而增大。
椭圆度 铷原子极化率 核磁共振陀螺 泵浦光 ellipticity Rb polarization NMRG pump beam 红外与激光工程
2018, 47(9): 0917001
国防科技大学 光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
为研究核磁共振陀螺中加热机构对原子气室性能的影响, 设计了5种典型加热方式。利用有限元分析软件ANSYS建立了原子气室的温度场模型, 给出了原子气室表面的稳态温度场分布情况。同时设计了探测精度为001 ℃的测温电路, 对原子气室表面不同位置的温度进行监控, 获得了不同加热方式下原子气室表面的温度变化情况。将仿真和实验结果进行比较, 发现误差在5%之内, 验证了仿真模型的正确性。综合仿真和实验结果比较了不同加热方式下原子气室表面温度分布情况, 获得了能够使原子气室表面温度分布最均匀的加热方式。
核磁共振陀螺 原子气室 加热机构 温度场 nuclear magnetic resonance gyroscope(NMRG) atom vapor cell heating mechanism temperature field
国防科学技术大学光电科学与工程学院，湖南 长沙 410073
利用柯林斯公式，采用有限单元法建立了环形腔本征光场的计算模型，求出了模式横截面上的光强分布。在平面环形腔中，反射镜的像散导致其模式光强分布在弧矢平面和子午平面不对称，基模为椭圆光斑，但高阶模可分离。在非平面环形腔中，随着图像旋转角逐渐变大，弧矢平面和子午平面分量发生了耦合，高阶模的光场分布随坐标旋转角的变化清晰地给出了坐标旋转对光场模式的影响。当采用90°旋转腔时，光强分布近乎轴对称，但与直腔有着本质不同。
激光光学 环形谐振腔 有限元传输矩阵法 本征模式 中国激光
2015, 42(s1): s102009
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
为研究光反馈腔衰荡光谱技术中纹波效应的产生机理,基于所建立的腔长为49.1 cm的V型微晶玻璃衰荡腔在不同环境、不同光谱范围所测得的腔损耗谱,利用数据处理方法详细分析并讨论纹波效应的周期和振幅等典型特征.分析认为,纹波效应呈现出明显的部分干涉特点,光谱纹波的周期和振幅特性分别受折叠腔结构和折叠腔镜表面污染状态影响,而与光谱扫描区域关系不明显;这表明纹波效应主要来源于折叠腔镜表面散射场的部分干涉效应.
腔衰荡光谱技术 光反馈 光谱纹波 纹波效应 cavity ring-down spectroscopy optical feedback spectral ripple ripple effect 强激光与粒子束
2015, 27(7): 071008
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
基于线偏振光在充有被极化的铷原子的气室内传播时，在磁场的作用下会发生法拉第旋转这一现象，实现了一种基于法拉第旋转检测的铷原子矢量磁力仪。分析了它的工作原理，并测试了它对不同磁场的响应。测试结果表明，磁力仪灵敏度为1 pT/ Hz ，测量范围为±60 nT ，响应带宽为48 Hz。进一步研究了调制磁场和工作温度对铷原子磁力仪性能的影响，并提出了一些提高性能的方法。
原子与分子物理学 原子磁力仪 光极化 法拉第旋转 灵敏度
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
在光反馈式腔衰荡光谱技术中，光谱数据的处理因一种特殊的光谱纹波现象而变得困难。以6 590.8~6 591.6 cm-1光谱范围内水汽分子的光反馈式腔衰荡光谱为基础，根据光谱纹波效应的特性分析结果，提出了一种简单的数据处理方法。利用该方法确定了6 590.871 cm-1处水汽分子吸收谱线的线宽约为0.100 3 cm-1，这与Hitran数据库提供的线宽结果仅有0.002 cm-1的误差，充分验证了该方法的有效性。
腔衰荡光谱技术 光反馈 光谱纹波 数据处理 cavity ring-down spectroscopy optical feedback spectral ripple data processing 强激光与粒子束
2014, 26(10): 101006
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
为了更好地理解腔衰荡技术的物理本质和测量过程从而更好地分析腔衰荡信号, 利用自洽方程组、结合光学无源腔的品质因子Q值定义对腔衰荡技术的基本原理进行了推导, 并结合该方程组有关系数的物理意义, 引入传递函数的概念分析了不同情况下的腔衰荡信号的基本特征。结果表明, 这种分析方式可靠, 可为腔衰荡技术在超低损耗薄膜性能标定及腔内介质的吸收光谱测量等领域的应用提供理论指导。
光谱学 腔衰荡技术 传递函数 自洽方程组 spectroscopy cavity ring-down technique transfer function self-consistent equation
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
为了研究多重反馈对半导体激光器自混合信号的影响, 运用三腔镜模型分析了多重反馈和非准直倍频现象, 并进行了仿真分析和实验验证。通过仿真发现, 第2重反馈相对于第1重反馈的相对强度η较大时能明显分辨出二重反馈, 利用信号微分能区分出二重反馈信号, 实现系统分辨率达到λ/4, 二重反馈之间非准直相位差会影响干涉信号波形。实验验证了外腔反射镜非准直抑制第1重反馈利用二重反馈实现非准直干涉条纹倍频现象, 实验结果与仿真分析相符。该结论将有利于提高系统分辨率和判断外腔是否准直。
激光技术 自混合干涉 二重反馈 非准直 laser technique self-mixing interference double feedback misalignment
国防科学技术大学光电科学与工程学院激光陀螺研究所, 湖南 长沙 410073
基于膜系误差灵敏度主动控制的稳健设计思想，对比研究了一种新型正交偏振双频激光器中高性能偏振分光膜(PBS)不同应用方案的误差响应特性。发现了决定其膜层参数误差灵敏度的本质因素，找到了一种低误差灵敏度的高性能激光PBS方案，其膜系结构简单，易于低成本高成品率的批量生产，对该双频激光器的研制、工程化及应用将起到积极作用。
薄膜 激光偏振分光膜 稳健设计 误差灵敏度
