1 华中科技大学光学与电子信息学院,湖北 武汉 430074
2 华中科技大学无锡研究院,江苏 无锡 214174
随着激光雷达、引力波探测和光学原子钟等新技术的兴起和研究的不断深入,光学精密测量覆盖的应用领域的广度和深度都在拓展,传统自由运转的激光器其稳定性难以满足高精密测量的应用要求。超窄线宽、超低噪声和长期稳定的光源已成为该领域迫切追求的目标。光纤激光器具备结构紧凑、易于集成化和极限线宽窄等特点,通过噪声抑制和稳频技术输出超稳定、超窄线宽激光,近年来逐渐成为热点研究方向。本文从光纤激光器的噪声理论出发,介绍了光纤激光器的噪声来源、分类及测试方法,基于噪声理论,分类总结了光纤激光器强度噪声和频率噪声不同抑制技术的原理、发展历程及现阶段进展,并对窄线宽光纤激光器的发展趋势做了展望。
激光器 超窄线宽激光 光纤激光器 噪声抑制 稳频技术 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1500002
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230131
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
We designed a tunable wavelength-selective quasi-resonant cavity enhanced photodetector (QRCE-PD) based on a high-contrast subwavelength grating (SWG). According to simulation results, its peak quantum efficiency is 93.2%, the 3 dB bandwidth is 33.5 GHz, the spectral linewidth is 0.12 nm, and the wavelength-tuning range is 28 nm (1536–1564 nm). The QRCE-PD contains a tunable Fabry–Perot (F-P) filtering cavity (FPC), a symmetrical SWG deflection reflector (SSWG-DR), and a built-in p-i-n photodiode. The FPC and the SSWG-DR form an equivalent multi-region F-P cavity together by multiple mutual mirroring, which makes the QRCE-PD a multi-region resonant cavity enhanced photodetector. But, QRCE-PD relies on the multiple-pass absorption enhanced effect to achieve high quantum efficiency, rather than the resonant cavity enhanced effect. This new photodetector structure is significant for the application in the dense wavelength division multiplexing systems.
photodetector quasi-resonant cavity subwavelength grating ultra-narrow linewidth Chinese Optics Letters
2022, 20(3): 031301
西南交通大学材料科学与工程学院焊接研究所, 四川 成都 610031
超窄间隙激光填丝焊(Ultra-narrow gap laser welding,Ultra-NGLW)是一种先进的厚贝氏体钢焊接技术。通过数值模拟和X射线衍射法,分析了超窄间隙激光填丝焊接头残余应力的分布和变化,结果表明:在不同厚度(20 ,50 ,70 mm)的超窄间隙激光填丝焊接头的表面,残余应力均呈“W”形分布。利用微型剪切试验,分析了显微组织对接头残余应力的影响:熔合线处形成的马氏体脆硬组织使接头形成了“软-硬-软”的夹心组织,导致接头的应力分布与一般的焊接接头不同,而多层填丝焊的特殊工艺导致接头中间层的应力增加。
激光技术 超窄间隙激光填丝焊接 残余应力 X射线衍射法 微型剪切试验 高强度贝氏体钢
1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院,辽宁 大连 116024
2 大连理工大学 物理学院,辽宁 大连 116024
根据严格耦合波理论(RCWA),提出了一种基于亚波长的双导模共振(GMR)光栅透射型滤波器的结构设计,其工作原理是利用对称式双GMR光栅将电磁能量全部集中在结构的波导层中,从而产生高效的共振峰。利用两个单GMR光栅串联,光栅间分别为无空气间隙和间隔2.13 ?滋m空气层两种结构。仿真结果表明,无空气间隙的双GMR光栅串联结构可实现在波长1 550 nm处的滤波,其峰值透射率约为100%,半峰宽(FWHM)可达0.012 nm;有空气间隙双GMR光栅串联结构将GMR与法布里-珀罗共振(FPR)相结合,在共振波长1 550 nm处的峰值透射率约为100%,FWHM为0.15 nm,并获得了平顶滤波曲线,平坦度约为0.1 dB,上述两种结构滤波器可用于光信息处理与光传感等领域。
亚波长结构 导模共振光栅 透射滤波器 超窄带光滤波器 sub-wavelength structure guided-mode resonant grating transmission filter ultra-narrow band optical filter 红外与激光工程
2020, 49(S1): 20200134
1 山东建筑大学理学院, 山东 济南 250101
2 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250103
介绍了一种基于分布反馈光纤激光器的超窄线宽布里渊光纤激光器。采用布里渊环形腔结构,以分布式反馈光纤激光器作为布里渊泵浦光源,以输出波长为980nm的半导体激光器作为腔内掺铒激光放大的泵浦光源,实现了超窄线宽的布里渊激光输出。布里渊环形腔腔长为10 m,加偏振控制后可获得单频布里渊激光输出。为保证激光器的单纵模输出,分布反馈光纤激光器和半导体激光器泵浦光源功率应分别不低于20 mW和50 mW。泵浦光源输出功率最大为250 mW时,最终布里渊激光输出功率超过15 mW,线宽可小于100 Hz。
光纤激光器 超窄线宽 分布式反馈 布里渊光纤激光器 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 071401
1 中国科学技术大学 地球和空间科学学院, 安徽 合肥 230031
2 合肥师范学院 物理与材料工程学院, 安徽 合肥 230031
白天太阳光背景辐射严重降低雷达系统的信噪比, 从而影响探测高度和精度。为实现对中高层大气相关参数的全天时测量, 利用Nd:YAG激光器产生的355 nm激光束作为光源, 研制了用于全天时的超窄带滤光器。从原理出发, 利用FP标准具透过率曲线单支具有超窄带宽的特性, 设计了一款用于进行白天观测的级联式超窄带滤光器; 给出了该超窄带滤光器近似透过率函数形式, 定义了滤光器性能评价函数, 给出了设计方法; 通过定义的滤光器性能评价函数, 对超窄带滤光器主要参数进行了优化设计, 给出了各光学部件具体参数, 给出了超窄带滤光器的信噪比提升效果; 最后, 通过具体实验对各标准具及级联状态下的系统透过率进行了标定, 经曲线拟合表现出较好的一致性。
激光雷达 滤光器 法布里-珀罗标准具 超窄带 lidar filter Fabry-Perot etalon ultra-narrow 红外与激光工程
2020, 49(2): 0205003
北京工业大学 光电子技术教育部重点实验室, 北京 100124
亚波长光栅导模共振滤波器, 具有高峰值反射率、低旁带反射和窄带等特点, 能够实现基于高低折射率介质的滤波器所无法达到的独特功能。设计了中心波长为852nm的带有间隔层、线宽可控的超窄线宽导模共振滤波器, 并分析了主要参数对反射光谱的影响。选择弱调制的介质作为光栅层, 并在光栅层和波导层之间插入一层低折射率的介质作为间隔层来减小光栅层和波导层之间的耦合强度, 进而使导模共振滤波器的线宽达到0.02nm的超窄程度, 并且该结构中的光栅厚度、占空比等对反射光谱的影响极小, 均利于其工艺制备。
亚波长光栅 导模共振 滤波器 超窄线宽 subwavelength grating guide mode resonance filter ultra-narrow linewidth
1 中国科学技术大学 地球与空间科学学院, 安徽 合肥 230026
2 中国人民解放军陆军军官学院, 安徽 合肥 230031
3 合肥师范学院 电子信息与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
目前中国科学技术大学车载激光雷达已经实现了对于15~60 km中性大气风场的夜间连续观测, 鉴于白天观测的信噪比受到背景光的限制, 因此, 设计了一种利用现有干涉滤光片结合固态FP 标准具的超窄带滤光器, 用于实现背景噪声的降低。提出了一种结合鉴频器参数确定FP最佳参数的方法, 得出了 FP 标准具的参数, 实现了带宽为8.4 pm、中心波长为354.73 nm、自由光谱间距为150 pm、峰值透过率高于0.67的滤光器, 将背景噪声降低到原来的十八分之一。 该滤光器有效提高了系统信噪比, 减小了风速误差, 同时计算了温度、角度变化对滤光器带宽、中心波长和透过率的影响, 设计了一种角度调谐的方法。实验结果与理论值具有较高的一致性。
激光雷达 超窄带 瑞利 多普勒 法布里-珀罗标准具 lidar ultra-narrow Rayleigh Doppler Fabry-Perot etalon 红外与激光工程
2018, 47(10): 1030003