在激光等离子体诊断等领域中,以平焦场光栅为核心器件的软X射线光谱仪发挥着重要作用。利用电子束光刻-近场全息法制作的平焦场光栅兼具电子束光刻线密度变化灵活,以及全息光栅低杂散光、抑制高次谐波等的特点。采用光线追迹方法分析电子束光刻-近场全息法制作平焦场光栅的主要制作误差对其光谱成像特性的影响。结果表明:电子束光刻制备熔石英掩模和近场全息图形转移过程的制作误差均会导致谱线展宽;以目前应用较多的软X射线平焦场光栅(中心线密度为2400 line/mm、工作波段在0.8~6.0 nm)为例,当熔石英掩模在光栅矢量方向的长度为50 mm时,电子束光刻分区数目应保证在1500以上;熔石英掩模线密度偏差引入的谱线展宽可以通过调整近场全息制作参数来消除;确定了近场全息中的两个主要影响因素--熔石英掩模与光栅基底的间距和夹角;近场全息中各误差因素之间有相互补偿的效果,故除了尽可能消除制备过程中的每一种制作误差外,也可以通过优化不同误差之间的分配来降低制备误差。本研究对优化电子束直写掩模策略、降低掩模制作难度、设计和调整近场全息光路有重要帮助。

在太赫兹(THz)成像、 雷达探测、 相干通信等许多应用领域中, THz辐射源的频率稳定性是直接影响其应用效果的核心问题之一。 基于双光子迁移效应建立了光泵THz激光器输出激光频率漂移的物理模型, 推导出THz激光频率漂移的解析计算公式。 以光泵甲醇(CH3OH)为例, 给出了不同压强下的甲醇吸收谱线, 定量分析了泵浦光频率漂移和泵浦功率对THz激光频率稳定性的影响, 并讨论了THz激光腔内工作气体压强对THz激光频率漂移的影响。 研究结果表明: 随着泵浦光功率的增加, THz激光频率的漂移量逐渐增加; 随着THz腔内工作气体压强升高, THz激光的频率漂移逐渐下降; 当泵浦光频率漂移量在一定范围时, 将出现THz激光的频率漂移量极值, 且泵浦光的频率漂移量等于工作气体吸收谱线宽度的1/4时, THz激光输出的频率漂移达到极值。 由此可见, 在实际工作中, 不仅需要合理选择腔内的工作条件(压强、 温度), 而且还需要采取措施将泵浦光的频率漂移控制在一定范围以内, 以提高THz激光的输出频率稳定性。

为了改善光电振荡器相位噪声特性、提高光电振荡器性能, 采用理论分析和实验验证的方法, 研究了激光器线宽、光功率与光电振荡器相位噪声之间的关系。测试了激光器在功率相等、线宽不等情况下, 光电振荡器所产生的微波信号的频谱特性和相位噪声特性; 测试了给定线宽激光器在不等功率情况下, 所产生的微波信号的相位噪声特性。结果表明,激光器线宽越窄、光功率越大, 光电振荡器产生微波信号的频谱特性和相位噪声特性就越好; 在频偏1kHz以外, 相位噪声受激光器线宽影响较小, 受光功率影响较大。这一结果对改善光电振荡器相位噪声有一定的帮助。

通过氩气和空气中交流针板介质阻挡放电的光谱，研究了在外加电压正半周流注放电的等离子发光强度、谱线宽度、电场强度在放电通道内从针到板的空间分布情况，分析了介质板的存在对等离子参量空间分布的影响。通过对氩气放电光谱中763 nm和772 nm两条谱线强度研究发现，沿着放电通道从针到板等离子发光强度在针尖附近先增大后减小，在平板电极附近又迅速增大。通过研究氩气放电中696.54 nm谱线的展宽发现，谱线宽度在平板电极附近最大。通过空气放电光谱中氮分子离子线（391.4 nm）和氮分子谱线（394 nm）的强度比，计算了放电通道中电场强度的分布，发现沿着放电通道从针到板电场强度先减小后增大。研究发现，介质板的存在对于放电等离子参数的空间分布有着重要影响。

在狭缝微等离子体中, 研究了Ar Ⅰ(2P2→1S5)光谱线的展宽和频移随放电参数的变化。 为了测量谱线频移, 采用低气压(10 Pa左右)氩气放电发射的Ar Ⅰ光谱线作为参考线。 实验在氩气含量为99.92%的氩气/空气放电中, 测量了气压从1×104 Pa增大到6×104 Pa时Ar Ⅰ谱线的频移和展宽。 结果表明随着气压的升高, Ar Ⅰ谱线的展宽和频移均线性增大, 说明电子密度随着气压的升高而增大。 实验还研究了放电气隙间距为100及300 μm时, Ar Ⅰ发射谱线的频移及展宽的变化, 结果发现随着放电气隙间距的增加, 谱线的频移及展宽均增加, 表明电子密度随着放电气隙间距的增大而升高。

自混合干涉信号的幅度和波形均会随外腔静态长度发生周期性变化。实验测量了干涉信号幅度和波形随外腔静态长度的变化,并用多模自混合干涉信号叠加的方法计算分析了干涉信号的幅度随外腔静态长度的变化,然后考虑反馈光对内腔反射率和激光介质增益的影响计算分析了干涉信号的波形随外腔静态长度的变化。结果表明,多模激光自混合干涉信号随外腔静态长度变化的周期为内腔的光学长度,而其主极大区域的宽度为激光的相干长度,小于内腔的光学长度。多纵模自混合干涉信号的叠加导致自混合干涉信号的幅度随外腔静态长度发生周期性变化,而波形随外腔静态长度周期性变化则是内腔反射率和激光介质增益均受反馈光影响导致的非线性的结果。

为了提高光谱仪测量谱线的精度,推导出计算机自动控制多光栅转动的光谱仪测试系统的角色散率、线色散率和分辨本领等参量公式,提出一种将两台光谱仪联合使用以提高谱线测量精度的测量方法。理论分析了两台光谱仪联合测激光线宽的原理,并用两台光谱仪联合使用对He-Ne激光谱线宽度进行了测量。实验结果表明,两台光谱仪联合测量He-Ne激光谱线的半峰全宽的放大倍数3.38×105,比单台光谱仪测量至少可以将谱线宽度的测量精度提高5个数量级。

提出了一种由单个光纤光栅和一个光纤方向耦合器组成的新型全光纤反射器,推导出了当光栅为均匀Bragg光栅、器件任意端口输入时,任何一端口的输出解析式.分析表明器件具有法布里-珀罗腔干涉仪的特点,耦合器的耦合比系数类似于法布里-珀罗腔的反射率, 耦合比系数越大,输出光谱半高全宽度(FWHM)越窄, 消光比越好.当耦合比系数大于0.8时,FWHM可以窄到0.02nm,消光比大于0.9.如果光栅是"强"耦合,器件具有均匀分布的多通道梳状输出特性;光栅为"弱"耦合时,则能实现FWHM小于0.02nm的单频输出.器件只需单个光栅,克服了制作两个完全相同光栅的困难.

本文介绍了一个用二根单模光纤组成的扬氏干涉仪来测量连续或脉冲激光谱线宽度的方法,实测了几种激光的线宽及铜蒸气激光在一个脉冲时间内光谱线宽的时间过程。

本文讨论了流动和化学激光器的非均匀加宽介质吸收或发射谱线中的渡越加宽效应;导出了线型函数的积分表示;并在高速流的条件下得到中心频率处线型函数近似表示式;在等效线宽近似下得到渡越加宽使得线宽的增加随流速加快的关系式;并用激光谐振腔菲涅尔数讨论了渡越加宽有意义的条件。