为研究半导体激光器锁频系统的环境适应性,所采用的锁频方案是基于饱和吸收光谱的调制解调技术。分析了三种典型的锁频光路方案:消多普勒锁频(DFL)光路,原子气室端面反射锁频(CRL)光路以及反射镜增反锁频(MRL)光路。这三种方案均采用锁定调节模块进行光放大,通过调制解调技术将激光器锁定在饱和吸收峰上。在锁频基础上,利用声光调制器产生激光冷却原子实验中冷却光所需的激光频率。通过改变温度、振动频率和振动幅度等环境参数,测试了三种激光器锁频光路的频率稳定性,并讨论了每种方案的环境耐受性。实验结果表明,DFL方案的温度耐受性和抗振动干扰是最好的,CRL和MRL方案次之,说明DFL方案更适于复杂工作环境。然而,CRL和MRL方案可简化光路、缩小光路尺寸,便于激光单元的小型化和集成化。

采用微球自组装及倾斜真空热蒸镀技术制作了三维手性壳状银纳米结构,采用Z扫描技术研究了该样品在532nm波长、4ns脉宽的Nd:YAG 激光入射下的非线性饱和吸收特性。研究结果表明,当入射激光强度达到 2.5×109 W/cm2时,其非线性吸收系数可达-1.45×10-5 cm/W,该结果比文献报道的悬浮液中的胶体银纳米颗粒的非线性吸收系数(-1.5×10-9 cm/W)大四个数量级。实验还发现,该样品的非线性吸收系数随着入射激光的偏振方向改变而出现明显的变化。文中对其非线性吸收的增强机理及偏振依赖性进行了分析讨论。

利用Z扫描系统研究了多层石墨烯非线性光学吸收特性。结果表明多层石墨烯在激光作用下具有反饱和吸收特性, 且非线性折射系数为正。随着层数增大, 非线性光学吸收系数减少得慢一些。基于微观尺寸效应, 2~5层石墨烯的叠层方式也会影响到非线性吸收系数的值。另外, 激光的强度、中心波长和脉宽等因素都会影响样品非线性光学吸收系数的结果。石墨烯具有非常优良的非线性光学特性, 为其制成非线性光学器件提供了有效的实验依据。

钠多普勒激光雷达通过发射单模窄线宽的589 nm脉冲激光, 激发80~110 km高度大气中存在的碱金属钠原子获得共振荧光散射回波信号, 可实现中层顶区域大气参数的探测。激光稳频和移频是窄带钠多普勒激光雷达实现中层顶大气风场和温度高分辨探测的关键技术。本文介绍了一种应用于钠激光雷达系统的种子激光稳频和移频方法, 利用归一化的饱和吸收光谱信号实现了589 nm种子激光频率的精确锁定, 频率长期稳定在2.2 MHz左右; 通过级联双通声光移频装置的设计获得了钠原子D2线光谱上三个工作频率的窄线宽激光输出。通过钠多普勒激光雷达的探测实验, 获得了高分辨率的钠层风场和温度探测结果, 并将温度探测结果与卫星探测结果进行了对比。

窄带钠层荧光激光雷达可以获得80~110 km钠层风场和温度，是高空大气探测的发展趋势。报道了最新研制成功的国内首台全光纤、全固态窄带钠层荧光激光雷达系统，包括全固态激光雷达整机方案、系统采用关键技术及钠层初步探测结果。该系统已经初步实现北京上空钠层温度和钠原子数密度的探测。该全固态型激光雷达具有稳定性好、可靠性高、硬件调整少等特点，为钠层探测提供了有利手段。

对单包层掺镱光纤的吸收特性进行了实验研究。分析了抽运光功率、掺杂光纤长度以及种子光功率对单包层掺镱光纤吸收能力的影响。研究发现吸收饱和时，抽运光每增加100 mW，掺杂光纤可再吸收40～60 mW的抽运光，且随着抽运光功率的继续增加，吸收系数趋于某一定值；长度越长，吸收饱和情形下掺杂光纤的再吸收能力越强，光纤的吸收系数越大；注入种子光能明显提高掺杂光纤对抽运光的吸收能力。

利用亚稳态氧原子2p3/2 5p[5 /2]3 - 2p 3/25s[3/2]2 饱和吸收光谱，分别使用电光调制器相位调制和声光调制器移频调制的方法，结合相敏检测，实现了钦宝石激光器相对于亚稳态氧原子的81 1. 5 nm 饱和吸收线的频率锁定。由获得的鉴频曲线以及误差信号估算，激光频率漂移从稳频回路开路时的超过8 MHz ，减小到回路闭合时的约1 MHz ，并可实现对激光频率数小时的稳定。该稳、频后的激光光源被成功地用于激光冷却亚稳态氧原子各个稳定同位素。

为了提高超短脉冲激光的信噪比,研究了钕玻璃在800nm波段附近的饱和吸收特性,通过速率方程计算得到了组合钕玻璃系统的非线性透射率与归一化能量密度的关系曲线。对任意一800nm激光脉冲,利用放大自发辐射脉冲、调制脉冲等噪声与激光主脉冲在频谱特性方面的差异,采取了对不同类型的钕玻璃材料进行组合的方法,对材料的掺杂浓度、厚度等综合数据进行优化,合理设计了组合钕玻璃系统的吸收谱。计算模拟结果表明,该研究有效抑制了噪声,能实现较高幅度的高信噪比。

介绍了一种新颖的二极管－泵浦Er－Yb玻璃激光器，利用Pound－Drever－Hall技术并采用乙炔分子P(15)线对其实现了稳频。实验装置中将两个激光器的出射波长锁定到同一气室的乙炔P(15)吸收曲线的同一侧，使得温度对吸收峰值频率产生的漂移和温度导致气压变化使线宽增宽均对频率稳定性不产生影响。通过测量两个相同激光器系统间出射光波的拍频发现，激光的短期带宽窄于50kHz，通过频率波动情况得出激光器有较高的相对频率稳定度。改进后的激光器稳定性和重复性显著提高，适合于实现高精度的光学频率标准。