1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室， 安徽合肥23003
2 中国科学技术大学， 安徽合肥3006
针对特殊准直光源的稳定性控制需求，提出一种基于振镜的激光功率稳定控制方法。将石英片与振镜连接固定，采用入射光角度与透过率的关系作为信号调节原理，当振镜带动石英片旋转时，对石英片透射的光信号大小进行调节。基于菲涅尔定律，开展平板玻璃旋转角度与透过率参数分析，论证旋转角度范围等参数，为实现光源的功率稳定提供输出参数支持。利用监视反馈探测器进行实时数据监测和反馈。通过PID算法，对监视探测器信号与参考调节功率对应电压的误差进行调制，实现对振镜输出角度的准确调节。采用该功率稳定器对He-Ne 632.8 nm激光器进行了稳功率实验，并采用Trap探测器进行功率输出的实验验证。试验结果表明：经过功率稳定控制后的激光器稳定性：其标准离差率CV为0.016%（1 800 s），其峰峰起伏SV为±0.042%（1 800 s）。峰峰起伏SV降至激光器自由运行时约为1/8.79，标准离差率CV改善1/13.76，稳定性得到了较好的改进。
激光功率稳定 振镜 菲涅尔定律 反馈控制 laser power stability scanlab Fresnel's law feedback control 光学 精密工程
2022, 30(24): 3189
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光及应用技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
基于连续波速率方程，建立了1018 nm单纤振荡器理论模型，优化了激光器增益光纤长度、输出腔镜低反光栅反射率和带宽以及激光器的结构。采用正向泵浦结构，使用波长锁定的半导体泵浦源和2.7 m长的30 μm/ 250 μm掺Yb3＋双包层光纤，实现了520 W的最高功率输出，光光效率为80.2%，光束质量因子(M2)为1.85。此外，在447 W处具有最高光光效率84.2%。同时，利用激光器主结构温度控制技术，使激光器稳定工作在21 ℃。最终实现了激光器连续工作1 h功率不稳定度为0.7%的目标，实现了高效率、高稳定性1018 nm激光的单纤振荡输出。
激光器 光纤激光器 高效率 功率稳定性 中国激光
2022, 49(17): 1701002
光纤分束器因其多种优点大量应用于光纤通信、激光探测、光电传输等系统, 随着光学系统性能的提升, 对光纤分束器对光学系统性能影响提出更高要求。文中研究分析不同输入波长对1×2光纤分束器输出分光比的影响, 同时通过光学系统输出消光比和1 h输出光功率稳定性测试, 对比分析普通、保偏和单偏三种1×2光纤分束器对光学系统性能的影响, 验证分析结果对光纤分束器应用于高性能光学工程系统起指导作用。
光纤分束器 输出光分比 消光比 功率稳定性 fiber coupler output splitting ratio extinction ratio power stability
1 华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
2 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
为降低探测激光功率抖动对高精度冷原子干涉仪测量结果的影响, 以声光调制器作为激光强度反馈媒介, 采用混频器对声光调制器驱动射频功率进行控制, 搭建了用于冷原子干涉仪探测激光脉冲的功率稳定系统, 实现了冷原子干涉仪探测过程中激光脉冲的快速功率稳定。功率稳定后, 激光脉冲的功率稳定建立时间达到μs量级, 功率稳定度优于[2.11×10-4](500 μs), 激光功率的长期稳定度为[2.47×10-4](14 h), 激光功率的噪声得到了有效抑制。理论上可以将探测激光的功率抖动对于冷原子干涉仪相位信号的噪声贡献降低至[1.38 mrad]。较大程度上提高了干涉信号的稳定性, 降低了系统噪声。
冷原子干涉仪 探测激光 功率稳定 功率噪声 cold atom interferometer probe laser power stability power noise
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
研究了一种基于模糊控制的嵌入式激光功率稳定系统,用声光调制器作为功率稳定的外部环路反馈器件,采用模数转换器和数模转换器以及数字信号处理芯片组成数控功率稳定电路。用模糊控制方案解决了传统比例-积分-微分(PID)的超调问题,反馈环路的稳定时间为1.8ms。有效抑制了激光功率在低频部分的相对强度噪声,在1Hz处从-88dBc/Hz改善至-110dBc/Hz。激光功率的相对起伏由0.29%降低至0.035%。相比于传统PID,模糊PID可以根据系统所处状态实时调整参数,从而达到自适应的效果。
激光器 功率稳定 模糊控制 自适应
红外与激光工程
2020, 49(12): 20201060
北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室, 光信息科学与技术研究所, 北京 100044
半导体激光器是光纤传感系统中的重要组成部分之一, 它的输出功率和波长的稳定性决定着整个光纤传感系统的测量精 度, 为了满足传感系统的测量需求, 需对其波长进行调谐, 并且在调到所需波长后还需其具有较高的稳定性。通过温度控制 和驱动电流控制对半导体激光器波长调谐进行了研究。以往的调谐多为盲目调节, 由于驱动电流的变化会导致温度变化, 二 者之间会相互影响, 调谐过程复杂、时间长、不易调到最佳状态。提出了一个描述以波长 λ 与功率P作为输出量, 以驱动电 流I与温度T作为输入量的2×2关系矩阵, 并测定了矩阵中4个元素的值。利用这个关系矩阵, 可按照不同波长与功率的需求, 直接计算出调谐驱动电流与温度的最佳值, 使得调谐过程变得更加高效准确。设计了高稳定性TECAL-XV-XV-DAH温度控制器, 以及激光器驱动电路和温度控制电路, 实现了调谐范围3.2 nm、精度0.01 nm、漂移小于0.002 nm, 功率波动小于3 μW的激 光器调谐。
半导体激光器 调谐 光纤传感 波长稳定 功率稳定 semiconductor laser tuning optical fiber sensing wavelength stability power stability
1 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
对974 nm双光纤光栅激光器的温度特性进行理论分析与实验研究,理论模拟了双光纤光栅的栅距对反射率的影响。先在室温(25 ℃)下测试器件的光谱,与未加双光纤光栅器件的光谱相比,双光纤光栅激光器的光谱中的次峰得到明显抑制,测试得到峰值波长(974.07 nm)锁定在光栅的中心波长974 nm附近。对器件的功率电流电压特性进行测试,当工作电流达到400 mA时,尾纤输出功率大于253 mW。再分别测试器件在全温范围下的波长变化率和功率变化率,得到波长变化率小于8.2×10 -3 nm/℃。最后测试器件的微分结构函数曲线并分析热阻分布,通过优化热沉的烧结工艺使器件功率变化率小于1.06%。
激光器 半导体激光器 双光纤光栅 波长稳定性 功率稳定性
1 中国计量科学研究院 前沿计量科学中心, 北京 100029
2 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
3 北京理工大学 光电学院 目标仿真实验室, 北京 100081
4 中国计量大学 计量测试工程学院, 杭州 310018
国际单位制中温度基本单位“开尔文”的重新定义致使温度测量逐步实现国际协议温度标准与热力学温度标准的融合。基于铯133原子直接吸收光谱的多普勒展宽测温可实现芯片尺度室温范围的热力学温度测量, 但其拟合残差及不确定度受限于测量激光的功率稳定性, 针对此问题, 提出在外腔扫描式激光器的频率稳定基础上, 利用声光调制器以及高速比例-积分控制器构建闭环功率稳定系统, 提升并评价了测量激光光束的功率稳定性。实验证明测量光束在10mW微弱功率条件下相对噪声强度达到-126dB/Hz,30min内功率稳定性达到0.008%。上述激光功率稳定性有效减小了拟合残差以及不确定度, 为实现芯片尺度、在线免标定的热力学温度传感奠定基础。
多普勒展宽测温 热力学温度 功率稳定 相对强度噪声 doppler broadening thermometry thermodynamic temperature power stability relative intensity noise
