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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
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
为了满足混沌保密通信的需求，提出了一种基于两个半导体环形激光器互耦合产生高质量混沌光信号的方案，采用数值仿真的方法进行了理论分析，得到了各种参量情况下的时间序列、功率谱及自相关系数分布图。结果表明,在一定的参量条件下，激光器能展现出单周期、多周期及混沌等动力态；在较大的频率失谐下，混沌信号的时延特征能够被较好地抑制；通过大范围扫描注入参量，可得到带宽最大为14.0GHz并且具有较低的时延特征的混沌信号，能显著提高混沌保密通信的传输速率及安全性。此研究结果可为环形激光器在混沌保密通信中的应用提供一定的理论参考。
非线性光学 混沌 带宽 互耦 半导体环形激光器 nonlinear optics chaos bandwidth mutual coupling semiconductor ring laser
1 国防科技创新研究院, 北京 100071
2 国防科技大学气象海洋学院, 湖南 长沙 410073
跳模会导致单波长光纤环形激光器相干性有不同程度的退化,严重影响光学系统的性能。设计一种基于匹配干涉仪的相干坍塌抑制方案,分析抑制机理。并分别搭建臂差可调的空间光匹配干涉仪(SLMI)和全光纤结构匹配干涉仪(AFMI),通过实验对抑制效果进行方案验证。结果表明:当SLMI的等效臂差不断逼近理论值时,可监测到多模匹配干涉现象,该现象等效于单纵模激光干涉,从而实现相干坍塌抑制;AFMI结构紧凑,便于嵌入光纤相干探测系统中,能有效抑制随机跳模引入的相干坍塌和相位噪声谱级的大幅上升,降低系统虚警概率。作为一种被动手段,匹配干涉仪对抑制或规避模式失稳引起的相干坍塌具有指导意义。
激光技术 光纤环形激光器 跳模 相干坍塌 匹配干涉
