1 国防科技大学 前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 量子信息学科交叉中心, 湖南 长沙 410073
为了分析核磁共振陀螺中129Xe自旋振荡器的振幅和频率特性, 建立了相应的半经典模型, 其中分别采用密度矩阵和经典电磁理论描述核自旋系综和反馈系统。然后, 根据自激振荡的自洽条件推导了用于描述自旋振荡器的振荡方程。进一步, 利用旋转波近似和慢变振幅近似将振荡方程化简为自洽方程组, 它由分别用于描述自旋振荡器振幅和频率的振幅方程和频率方程构成。基于上述自旋振荡器的半经典模型, 研究了带通滤波器对自旋振荡器振幅和频率的影响。仿真结果表明, 对核磁共振陀螺的典型参量, 反馈环路设计不当导致的自旋振荡器频移可达亚μHz。该研究对提高基于自旋振荡器的核磁共振陀螺性能具有一定的参考价值。
自旋振荡器 核磁共振陀螺 滤波器 自洽方程性能。 spin oscillator nuclear magnetic resonance gyroscope filter self-consistency equations 红外与激光工程
2020, 49(2): 0205008
国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
为探究腔内各气体的压强比对激光陀螺特性的影响,从等离子色散函数出发,探究气压气比对环形腔内光强调谐曲线的影响,同时使用自制的环形激光陀螺进行工程试验。搭建了一套可操作性强、气压气比可调节且可实时监测的充气实验装置,得到该激光陀螺输出增益随气压气比的变化关系,从而得出最佳的工作气压气比。结果表明:激光输出增益首先随着气压的增大而增大,当气压增大到某一气压值时,输出增益达到最大值;之后输出增益随着气压的增大而减小,当气压增大到某一临界值时无激光输出。
激光器 环形激光陀螺 功率调谐曲线 氦氖气体参数 增益 中国激光
2019, 46(12): 1201002
国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
为了减小四频激光陀螺零漂的温度敏感性，对数学补偿模型和安装结构热设计进行了研究。通过高低温实验研究了四频激光陀螺零漂与温度的关系。第一次采用普通铜支架将四频激光陀螺固定在屏蔽盒内，由于两放电支路的温度变化不对称，温度变化率是数学补偿模型的显著项。第二次设计了专用铜支架，使两放电支路的温度对称地变化，因而温度变化率在数学补偿模型中的重要性大大降低。改进支架之后，补偿后的零漂残差从0.018 Hz降低到0.01 Hz，即便采用温度多项式补偿模型也能达到0.012 Hz。这些结果表明：在设计四频激光陀螺系统时，安装结构热设计能够提高数学模型补偿的效果，温度补偿是提高四频激光陀螺的精度的有效方法，在-40~60 °C温度范围内补偿后的百秒标准差达到0.013/((°)·h)。
四频差动激光陀螺 零漂 温度敏感性 温度补偿 热传递 four-frequency differential laser gyro zero drift temperature sensitivity temperature compensation thermal transfer 红外与激光工程
2019, 48(9): 0905005
Author Affiliations
Abstract
College of Opto-Electronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Some problems and confusions related to matrix analysis for Gaussian beam reflection are clarified. We can choose right-handed coordinates before and after mirror reflection which is called the traditional coordinate system in this Letter. We can also choose a coordinate system with chirality inversion which is called a novel coordinate system in this Letter. The matrix describing optical components should coincide with the selected coordinate system; errors or confusions will appear otherwise. Spherical mirror reflection and coordinate rotation in nonplanar ring resonators are used to clarify some confusion in previous publications due to disorder of the coordinate system. This work is significant to both Gaussian beam propagation analysis and ring laser resonator design.
Chinese Optics Letters
2015, 13(Suppl): S21402
国防科学技术大学光电科学与工程学院， 湖南 长沙 410073
为了在四频差动激光陀螺腔中得到理想的圆偏振光，采用摄动法分析了偏振度随谐振腔参量的变化规律。对平面腔四频差动激光陀螺，考虑了反射镜各向异性以及水晶片的旋光角和线双折射。对非平面腔四频差动激光陀螺，考虑了反射镜各向异性和异面旋光角。以理想谐振腔的琼斯矩阵为0阶近似，推导了近似到1阶的微扰琼斯矩阵，采用矩阵本征问题的摄动法求出了本征矢量的1阶摄动解，从而可求出光场的偏振度。以旋光90°为例讨论了光场偏振度随反射镜各向异性的变化规律。当偏振度小于0.05时，摄动法求出的解析式与严格数值解在较高的精度上一致。非平面腔四频差动激光陀螺腔内光场偏振度随各反射镜各向异性的变化规律不同于平面腔的情况。该结果对四频差动激光陀螺腔的优化设计具有一定的指导作用。
激光器 偏振度 摄动法 四频差动激光陀螺 琼斯矩阵
国防科学技术大学光电学院光电工程系， 湖南 长沙 410073
介绍了利用兰姆凹陷稳频He-Ne激光器的基本结构与腔长调节工作方式，从激光器结构方面对影响其预热时间、频率稳定度和频率重复性的主要因素进行了深入探讨.介绍改进设计的新型微晶玻璃腔体一体化兰姆凹陷稳频He-Ne激光器的基本结构、制作工艺与优势。该激光器腔体采用极低膨胀系数的微晶玻璃材料，反射镜采用石英镜片光胶连接，无应力超高真空铟封形式，谐振腔稳定性好。利用该激光器进行了实验,实验结果表明，该激光器工作中不需要预热，环境适应能力极强，在高低温与冲击振动条件下均能稳定工作，频率稳定度可以达到10-10量级。
激光器 激光光学 频率稳定性 兰姆凹陷 微晶玻璃
国防科学技术大学光电学院光电工程系, 湖南 长沙 410073
建立了Y型腔正交偏振激光器光强调谐实验系统，通过改变非共用腔腔镜上的压电陶瓷电压来改变分裂频差，通过改变共用腔腔镜上压电陶瓷电压实现共用腔调谐。报道了不同分裂频差下共用腔调谐过程中激光器的光强调谐曲线和相应的拍频变化曲线。采用三阶微扰近似下的兰姆半经典气体激光器理论，较为全面地分析和总结了影响光强调谐规律的各种因素及影响机理。理论分析表明在采用氖双同位素的Y型腔正交偏振激光器内，纵模的单程损耗、单程增益、相邻纵模间的分裂频差等因素通过光强的自洽方程影响纵模竞争的强弱及竞争结果。总结了不同频差下的光强调谐和拍频变化规律，并对其进行了理论分析与解释。
激光器 光强调谐 正交偏振激光器 Y型腔
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
建立了多元件谐振腔本征模的有限元传输矩阵模型。提出了模式计算相对误差概念及相应表达式, 该表达式在数值上不受菲涅耳数的影响, 能够很好反映有限单元划分方案对不同菲涅耳数的谐振腔的模式计算精度的影响。提出了有限单元划分精细度的概念和相应表达式, 用以表征有限单元划分的精细程度。该表达式以菲涅耳数作为有限元传输矩阵法对腔镜单元格数划分的相对要求, 用镜面实际划分的单元格数与菲涅耳数的比值来表征有限单元划分的精细程度。分析了不同谐振腔参数变化时模式计算相对误差与有限单元划分精细度的关系,建立了3种不同函数形式的经验表达式, 并通过比较拟合残差选择了拟合效果较好的表达式。
激光谐振腔 有限元传输矩阵法 本征值 单元划分精度 模式计算相对误差 optical resonator finite element transmission matrix method eigenvalue finite element fineness mode calculation relative error 强激光与粒子束
2010, 22(11): 2517
国防科技大学 光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073
提出了一种新颖的基于人工神经网络(ANN)和遗传算法(GA)的激光器参数全局优化方法,建立激光器输出功率的人工神经网络模型,来模拟激光器参数对输出功率的综合影响机理,进而以该模型作为目标函数,采用遗传算法对激光器参数进行全局优化。以平凹腔单横模氦氖激光器为例验证了该方法的可行性和有效性。对相同参数的激光器,人工神经网络模型的仿真数据与实验数据的均方根误差为0.0127 mW。应用该方法对其他参数全局优化后激光器预期输出功率比实验室已有的同等尺寸的激光器大,说明了该方法的有效性。
激光技术 参数优化 神经网络 遗传算法 输出功率
爪盘结构程长控制镜由于其稳定性好等优点,已越来越广泛地应用于激光陀螺的腔长控制,但这种只有程长控制能力的控制镜,对陀螺腔体变形等原因引起的谐振光路变化却是无能为力。通过分析该类腔长控制镜的特点,提出了一种新颖的具有角度控制功能的光路程长控制镜。在原有的控制镜上增加一组角度控制部件,使其不仅有程长控制功能同时还具备了光路控制功能的方法,设计了新的槽片及角度控制元件,研制出了高性能的光路程长控制镜。系统地对控制镜的性能进行了测试。结果表明,它不仅稳定性好(陀螺使用温度范围内最大歪扭变化量小于0.3″),而且灵敏度高(大于0.1″/V)。
激光陀螺 程长控制镜 光路程长控制镜
