1 苏州科技大学 物理科学与技术学院 江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室, 江苏 苏州 215009
2 苏州明世光学科技有限公司, 江苏 苏州 215127
3 江苏省研究生工作站苏州苏大明世光学股份有限公司, 江苏 苏州 215127
为了产生半径可自由调控的聚焦环形激光且确保离焦后光束强度仍均匀，本文提出一种透射-反射式组合的环形光光学系统设计方法。对于透射式系统，基于等能量分割原理，建立入射光与出射光投射高度的映射函数，优化透镜的各项参数，将入射的高斯光先整形成平顶圆形光，实现光束强度均匀化。反射式系统通过调整焦面环形光直径调控范围、工作距离等参数，结合几何光线追迹原理，计算圆锥反射镜、抛物柱面镜及动镜的各项参数，将平顶圆形光再整形成环形光。实验结果表明：当动镜半顶角为16°时，所设计系统能够实现聚焦环形光半径在15~30 mm范围的自由调控，尺寸误差不超过0.05 mm，离焦后强度均匀度达到84%。该设计方法无需更换系统镜片即可兼顾强度均匀性和尺寸自由度，可操作性好，产生的环形光加工精度和效率更高。
光学系统 环形激光 半径调控 离焦均匀 optical system ring-shaped laser radius control defocus uniformity
山西大众电子信息产业集团有限公司, 山西 太原 030024
根据全反射棱镜式环形激光器(TRPRL)的矩阵光学理论和环形He-Ne激光器内环形激光的工作理论,研究了TRPRL的激光模式选择技术方法,可令环形激光器内的顺时针和逆时针两个方向上的激光工作在单谱线、单横模、单纵模的状态,从而在环形激光器内形成稳定的驻波,输出到光电探测器上稳定的干涉条纹信号波形。采用缩短TRPRL的毛细管直径方法,可抑制3.39μm谱线; 由于TRPRL的特殊的环形激光器结构,采用分立式特殊结构设计的选频光阑,选频光阑可以放到环形激光器的光路任意位置处,而多个选频光阑即可有效抑制1.15μm的谱线; 根据不同波长激光腰斑半径的不同,在光腰处采用特制的椭圆小孔光阑,抑制0.63μm激光的高阶横模。对于TRPRL在全反射棱镜式激光陀螺(TRPLG)中的应用具有重要意义。
环形激光器 全反射棱镜 模式选择 光阑 ring laser Total Reflection Prism Mode-Selection diaphragm
1 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
2 中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川 绵阳 621900
为了对硝酸钆进行高灵敏检测，研究一种基于微纳光纤干涉仪的光纤环腔激光传感器。制备了一种具有双锥结构的微纳光纤干涉仪，微纳光纤的强倏逝场可与外界环境或周围介质发生有效相互作用，且倏逝场随着光纤双锥结构直径的减小不断增强，折射率传感的灵敏度指标也有显著提高。实验结果表明：当微纳光纤的直径为20 μm时，传感器的折射率灵敏度达1925 nm/RIU；对于硝酸钆溶液的质量浓度，该传感器的灵敏度高达0.172 nm/（mg·mL-1）。此外，该光纤环形激光传感器具有灵敏度高、结构紧凑等优点，在生物修饰和化学传感等方面有广阔的应用前景。
传感器 光纤环形激光器 微纳光纤 倏逝波 折射率测量 硝酸钆测量 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0528002
为有效抑制混沌信号的时延特征(TDS), 提出一种基于半导体环形激光器(SRL)滤波光反馈的结构。利用四阶龙格-库塔方法对模型进行了数值仿真, 并用自相关函数和延迟互信息对SRL输出混沌信号的TDS进行了量化。研究表明, 与普通光反馈结构相比, 滤波光反馈能有效消除由于外腔反馈延迟时间引起的TDS。通过计算自相关和互信息峰值在滤波频率失谐和滤波带宽构成的参数空间中的分布, 发现在正频率失谐区域TDS抑制效果最好。
非线性光学 半导体环形激光器 滤波光反馈 混沌 时延特征 nonlinear optics semiconductor ring laser filtered optical feedback chaos time-delay signature
为了满足保密通信的需求,构建了一种利用两个单向耦合的半导体环形激光器进行混沌同步的系统,通过数值仿真后得到了几种参数下的输出波形、功率谱及自（互）相关图,并讨论了注入参数对同步性能的影响。仿真结果表明：主激光器在交叉反馈的情况下,产生的混沌信号具有较强的时间延迟特征,不利于混沌保密通信。引入自反馈后,时延特征得到了很好的抑制,混沌信号的质量明显提高。将此低时延特征的混沌信号注入从激光器中进行混沌同步,在固定的频率失谐下,发现通过增加注入系数可以显著提高同步系数。此外,通过绘制二维空间映射图,可以确定同步系数在0.9以上的高质量混沌同步区域。
非线性光学 混沌同步 自（互）相关 半导体环形激光器 光注入 nonlinear optics chaos synchronization self (cross) correlation semiconductor ring laser optical injection
利用双模行波模型，数值研究了半导体环形激光器（SRL）在相位共轭交叉光反馈下的非线性动力学特性。研究发现，当两个模式的相位变化不同步时，SRL表现出低频反相振荡，其振荡周期随着反馈时间的增大逐渐增加。而对于相位变化同步的情况，通过改变注入强度，SRL可输出单周期态、多周期态和混沌态。利用自相关函数识别了产生的混沌信号的时延特征（TDS）并利用功率谱技术计算了相应的带宽，发现TDS随着反馈强度的增加先逐渐减小再增大，而带宽随着反馈强度的增加呈近似线性增加。这说明通过恰当调节反馈强度，混沌信号的TDS可以被较好地抑制，该信号可应用于安全保密通信和随机数产生中。
非线性光学 半导体环形激光器 相位共轭 混沌 时延特征 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1919001
1 苏州大学激光制造技术研究所, 江苏 苏州 215006
2 西南技术工程研究所, 重庆 400050
3 浙江工业大学激光先进制造研究院, 浙江 杭州 310014
热源类型、工艺参数及产生的温度场分布、热循环特性等对激光熔覆成形件组织和性能有重要影响。中空环形激光熔覆技术因其采用光内送粉,具有光粉全程耦合、粉末集束性好、熔池温度分布均匀等特点,利于获得表面光洁、组织性能良好的成形件。为深入研究熔覆过程中的温度场特性及其对组织性能的影响规律,构建了中空环形热源数学模型,获得其理论解析式,其后通过测定熔池尺寸以及光斑尺寸确定模型参数,最后利用ABAQUS软件模拟中空环形热源移动时的温度场分布及热循环曲线。结果表明,实验测试的温度场分布与模拟分析一致,热循环模拟曲线也与实测值高度吻合,由此可得该中空环形热源模型有较好的精度和适用性。
激光技术 激光熔覆 中空环形激光 热源模型 温度场 热循环 中国激光
2021, 48(17): 1701003
重庆理工大学理学院绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室, 重庆 400054
本文提出一种基于半导体光放大器(SOA)光纤环形激光器的智能光纤动态应变传感系统,并采用自适应光折变双波混频技术对其进行解调,解调过程中无需对准静态应变和温度进行任何主动补偿。当FBG(Fiber Bragg Grating)传感器的反射光谱因动态应变而发生改变时,则激光输出的波长会相应移动,随后转换为相应的相移并由InP∶Fe光折变晶体双波混频干涉仪解调。实验结果表明,该传感系统能够测量50~464 kHz之间的动态应变且灵敏度高于0.5με Hz -1(ε为应变)。在InP∶Fe光折变晶体中同时对三个FBG传感器的动态应变进行解调,实验证实双波混频干涉仪的多路复用是切实可行的。
光学学报
2021, 41(13): 1306021
荆楚理工学院 数理学院, 湖北 荆门 448000
为了满足保密通信的需求, 提出了一种基于3个半导体环形激光器(SRL)进行双路混沌通信的方案, 数值仿真后给出了几种情况下的时间序列、自相关图与眼图, 并讨论了传输距离对通信质量的影响。研究表明: 驱动SRL(D-SRL)仅在自反馈的条件下混沌信号质量较差; 当引入互反馈后, 混沌质量明显提高; 随着传输距离的增加, 量化保密通信质量的品质因子逐渐降低, 但当距离增加到130 km时, 品质因子依然保持在6以上, 该方案可以进行长距离双通道安全保密通信。
非线性光学 半导体环形激光器 保密通信 混沌 反馈 nonlinear optics semiconductor ring laser secure communication chaos feedback
