提出了一种基于保偏光纤(PMF)中布拉格光栅的波长间隔可调的可开关双波长掺铒光纤激光器(EDFL)。由于和光纤布拉格光栅(FBG)两个反射峰对应的不同波长的两纵模在偏振态上是正交的,从而在均匀展宽的掺铒光纤中增强了偏振烧孔(PHB)效应。这种偏振烧孔效应大大减小了不同模式之间的竞争,因此可在室温下得到稳定的双波长振荡。另一方面,通过调整偏振控制器的状态,即改变腔内的双折射状态,光纤光栅的两个反射峰强度会发生变化。基于以上原理,便形成了对激光振荡模式的选择,即通过调整偏振控制器的状态可使激光器工作在稳定的双波长状态或在两波长之间转换。通过改变加在光纤光栅上侧向应力的大小和方向,可有效控制双波长激射的波长间隔,实验中得到了0.2～1.1 nm的可调间隔。

对于单块结构非平面环形腔单频固体激光器,谐振腔尺寸和输出耦合面偏振膜反射系数的选取是其获得单频、高效率、高功率输出的关键。采用琼斯矩阵的方法讨论了单块激光器获得单频输出的工作原理。通过对谐振腔回路琼斯矩阵特征值的平方及特征值平方差的计算,提出了在晶体尺寸、磁场及抽运功率一定的情况下,通过对单块非平面环形腔输出耦合面偏振膜反射系数的设计来提高激光器的单频输出功率及斜度效率的方法。实验采用光纤耦合输出激光二极管(LD)纵向抽运单块激光器,当抽运功率最高用到2.83 W时,获得了最大1.20 W的1064 nm单频激光输出,斜度效率达47.4%。

改进了基于耦合腔激光器模型的光纤光栅外腔激光器静态分析模型,在考虑了激光器和光纤光栅之间的耦合效率后,将光从激光器耦合进光纤光栅的耦合系数η1和从光纤光栅反馈回激光器的耦合系数η2推导进描述耦合腔的散射矩阵元中,修正了耦合腔模型的表达式。发现两个耦合系数η1与η2之积的大小对增益曲线产生具体影响。分析表明短外腔及短的光纤光栅长度决定了损耗曲线最低处单纵模振荡,激光管芯与光纤端面的反射率也对阈值电流、边模抑制比产生明显影响,尤其对于激光器端面反射系数比较大的情况,可以通过仔细设计空气间隙的长度实现外腔模和法布里-珀罗(F-P)模式的匹配。

报道了14xx nm应变量子阱(SQW)激光器管芯的研制成果。通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长工艺生长14xx nm AlGaInAs/AlInAs/InP应变量子阱外延片,采用带有锥形增益区的脊型波导结构制作激光器管芯。生长好的外延片按照双沟脊型波导激光器制备工艺进行光刻、腐蚀,制作P面电极(溅射TiPtAu)、减薄、制作N面电极(蒸发AuGeNi),然后将试验片解理成Bar;为获得高的单面输出功率,用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR)进行腔面镀膜,HR=90%,AR=5%;解理成的管芯P面朝下烧结到铜热沉上,TO3封装后在激光器综合测试仪进行测试。管芯功率达到440 mW以上,饱和电流3 A以上,峰值波长1430 nm,远场发散角为40°×14°。

532 nm激光的碘吸收谱线的频率被国际计量委员会(CIPM)推荐用于频率计量标准,激光频率标准对长度和时间的计量是很重要的。碘分子在532 nm附近有丰富的强吸收谱线,可以作为频率稳定的绝对参考谱线。使用532 nm单块固体激光器,在375 kHz新的调制频率下,利用调制转移技术,将激光频率调谐到127I2的R(56)32-0跃迁的吸收谱线,并观察到该吸收谱线相应的15条超精细结构分量。通过展宽的调制谱线可以看出375 kHz的调制频率得到比312 kHz调制频率更高的鉴频敏感度,并在实验上成功地将激光频率稳定在碘的超精细吸收谱线的a10分量上长达10 h,估计稳定度在10-13量级。准确的频率稳定性正在两台激光器上用拍频的方法进行测量。

介绍了硬X射线(类同轴)相位衬度成像的工作原理及其实验研究结果。X射线波长为0.08860 nm,样品为未经任何处理的飞蛾,记录介质为X射线胶片。胶片经处理以后,用光学显微镜读出,可以看出样品的许多细节,尤其在折射率突变处。而同样条件下基于吸收衬度机制的硬X射线吸收成像,由于是弱吸收样品,没有观察到任何图像。

通过光线追迹法给设计的反射式单光栅展宽器建立了一个数学计算模型。利用这个数学模型计算和分析了元件失调对反射式单光栅展宽器二阶色散量和输出光束发散角的影响,并考虑了反射式单光栅展宽器中衍射光栅和球形凹面镜的尺寸与展宽器带通的关系。发现当平面反射镜M1的纵向偏离角为0.2°时,展宽器的二阶色散量最大,偏离角大于或小于0.2°时,展宽器的二阶色散量随之减小;得到了元件失调会增加输出光束发散角的结论;并发现展宽器中衍射光栅和球形凹面镜尺寸的有限大小对带通有限制作用。提出了利用反射镜M1纵向的适当偏离增大展宽器二阶色散量的方法,以及增大衍射光栅和反射镜尺寸来提高展宽器带通的方法,从而进一步减少展宽过程中的光谱剪切。

为了获得均匀化、平顶的高功率激光束,设计了一种以平面镜为输出镜、凹面镜为全反镜的新型谐振腔结构,由于凹面镜的周期摆动使得输出光束强度分布得到一个时间上的均匀化,得到近似的“平顶”高斯型。建立了理论模型,并对该整形方式进行理论分析与数值模拟。理论计算和实验结果都表明,采用这种新型的整形方式,CO2激光器输出光束光强的空间分布得到了明显的均匀化。此方法避免了传统高功率激光光束整形的弊端,提高了系统的可靠性,简化了结构设计。

为了诊断0.2～2 nm的激光等离子体X射线,研制了一种新型的基于时间分辨和空间分辨的聚焦型椭圆弯晶谱仪,采用两个完全相同且对称分布的通道可以同时获得谱线的空间和时间分辨率。给出了弯晶谱仪的设计参数,采用了新颖的瞄准对中技术,并对光源偏离椭圆轴线造成的误差进行了分析。在“神光Ⅱ”靶室上进行打靶实验对该谱仪进行标定,利用X射线CCD相机成功地获取了谱线的图像,实验结果表明实测谱线波长与理论值吻合。

利用受激布里渊散射(SBS)相位共轭镜(PCM)能克服单棒Nd∶YAG的热效应,从而使光束质量提高到衍射极限。对于具有一定的热效应影响的YAG激光棒,采用工作在接近临界稳定区的凹-凸腔作为起始腔,通过对受激布里渊散射相位共轭腔进行优化设计,在抽运能量为10 J,重复频率为5 Hz时,得到稳定输出的能量为20 mJ,脉宽为11.8 ns的近衍射极限的高质量激光脉冲。

采用共焦Z扫描系统,以λ=532 nm,脉冲宽度0.7 ns,重复频率15.79 kHz的脉冲半导体激光器作为入射光源,研究了AgOx超分辨近场结构(SuperRENS)薄膜样品的非线性光学性质,实验获得了其三阶非线性折射率系数随入射光功率的变化曲线,并与Au,Ag薄膜作了比较,讨论了光致非线性变化过程。结果表明,在聚焦激光作用下,AgOx超分辨近场结构薄膜样品存在一相变点,即解析出纳米Ag颗粒,满足了产生局域表面等离子体的激发和增强效应的条件。

通过对半导体太赫兹发射极在有和没有外加电场和磁场作用下发射光谱的测量,说明了外加电场和磁场对太赫兹电磁辐射的产生具有增强作用。采用反射式发射极在飞秒激光作用下辐射太赫兹脉冲的装置,同时利用电光取样方法探测太赫兹电场,得到了这些发射极的时域发射光谱,并通过快速傅里叶变换(FFT)得到了相应的频域光谱。实验表明,太赫兹时域发射光谱和频谱在外加电场、磁场作用下都有增强,但是所发射的频率成分和带宽都没有改变。借助于经典电磁理论的定性分析,认为太赫兹发射光谱在外加电场、磁场作用下的增强起源于半导体中载流子的加速运动受外加电场和磁场的影响。

研究了受激布里渊散射(SBS)放大池中,通过改变抽运光与Stokes种子光脉冲的延时,改变它们在池中的相遇位置,实现抽运光对陡前沿种子光脉冲不同部位的选择性放大,从而修正Stokes脉冲波形。理论和实验研究了Stokes光脉宽、脉冲波形前后沿时长比以及能量提取效率等参数随相遇时间的变化规律,在相遇时间2.5 ns时,理论得到前后沿时长比为1,能量提取效率80%以上的Stokes放大光脉冲波形,理论和实验符合较好。

根据衍射光学束匀滑器件透过率函数的自相关系数,重新定义了表征衍射光学器件(DOE)焦面光强分布束匀滑性能的两个参数

研究了因掺杂硝酸铜而具有不同吸收系数的丙酮液体作为主振荡功率放大(MOPA)系统相位共轭镜时,液体中受激热散射(STS)与受激布里渊散射(SBS)之间的竞争及其相位共轭输出特性。结果显示,随着吸收系数的增加,受激热瑞利散射(STRS)将抑制受激布里渊散射或受激热布里渊散射(STBS)而成为主导过程,且其增益随着吸收系数的增加而增加,能量相对起伏随着吸收系数的增加而降低;由于阈值效应,弱抽运时受激热瑞利散射与受激布里渊散射一样将丢失原始波前中较弱的相位信息;在适当的吸收系数和抽运条件下利用吸收液体中的受激热瑞利散射获得高品质相位共轭是完全可能的。

介绍一种利用开关微波信号调制LiTaO3电光晶体,实现对输入光扩频的方法。研究了LiTaO3相位调制器的理论模型,并给出了相应的计算公式。利用公式模拟、计算得到在一定微波功率调制下相位调制器输出的扩频光谱。给出了实际系统的框图,并对实际系统的输出光谱进行测量,得到在不同微波调制功率下的光谱图。对理论计算所得的输出光谱与实际系统的输出光谱进行分析,发现谱线情况较一致,仅对应的微波输入功率有差异,原因是实际系统中微波传输线阻抗不匹配,所需的实际微波功率比理论值大。该系统的电光晶体为LiTaO3,激光器工作波长为1053 nm,微波频率为4.3 GHz,开关信号是重复频率为1 kHz,占空比为4∶6的方波。使90%的光功率分散于主峰以及一、二次边频,且一、二次边频的功率近似相等。

通过改变多孔光纤中的芯区面积、空气孔的直径和分布,可以灵活地设计其导波特性。利用耦合波方程分析了参量波长变换的基本原理,讨论了信号波长固定情况下相位失配和抽运波长之间的关系。对基于多孔光纤的参量波长变换的转换效率进行了数值模拟,并和实验测量的数据进行了比较,结果表明它们的结果相一致。采用15 m长的多孔光纤可以获得约10 nm的3 dB调谐带宽,最大转换效率约为-16 dB,并且采用较低色散斜率值的多孔光纤可以进一步增大调谐范围。因此,利用多孔光纤可以实现紧凑的波长变换器。

针对高速光脉冲测量系统提出了一种用于高速模拟脉冲信号复制的光纤光脉冲分路-延迟器结构。与其他结构的光纤光脉冲分路-延迟器相比,该结构具有损耗低、输出周期脉冲系列等幅性好的优点。同时,对该结构输出的脉冲功率及其影响因素进行了理论分析。仿真及优化分析表明,通过合理选择各2×2耦合器的均匀性并适当安排它们之间的连接顺序,可以增大最小输出脉冲的幅度及减小由于各耦合器的均匀性不为零而引起的输出脉冲幅度系数不等的程度,从而使该结构输出脉冲的参数得到优化。

激光星间通信中捕获、跟踪、瞄准(ATP)技术是保障通信正常进行的关键一环,在完成捕获进入跟踪状态下,ATP的跟瞄精度是一个重要指标。然而,在实际系统中,ATP的跟瞄精度受到很多因素的制约,只能达到一定的精度。在这种条件下,信号光束发散角的选取对通信系统的整体性能影响很大。提出了影响光束发散角的三种因素,并进一步分析了在给定跟瞄精度的条件下,信号光束的发散角并不是越小越好而是存在一个最佳发散角,该发散角可以在满足通信系统指标的情况下,对发射端的功率需求最小。

分析了聚合物封装光纤布拉格光栅(FBG)传感器温度与压力响应特性。通过实验对某种特殊聚合物封装光纤光栅的温度与压力响应进行研究,发现当温度变化范围较大时,由于温度对材料弹性模量的影响,光纤光栅的压力响应灵敏度不再为常数,而是随温度变化的。当温度在30℃时,其压力响应灵敏度为0.036 nm/MPa,在180℃时则变为0.175 nm/MPa,且灵敏度系数随温度的变化呈分段线性变化。因此在使用聚合物封装实现光纤光栅传感器增敏以及大范围温度和压力的同时测量时,需要将弹性模量作为温度的函数,代入光纤光栅温度与压力响应灵敏度系数矩阵公式中以消除大范围温度变化对聚合物力学特性的影响。

介绍了一种基于非本征F-P腔的干涉/强度调制型光纤温度传感器。宽谱光源发光二极管(LED)发出的光经过2×2耦合器C1传给F-P传感头,传感头返回光信号再次经过耦合器C1及C2后分成两路,一路直接传给光电探测器D1,另一路经过窄带滤光片再传给D2,光信号经光电转换及放大后由计算机采集处理。给出了采用不同谱宽的两路光信号进行自补偿运算和温度测量的理论模型,并简单分析了影响这一温度传感器长期稳定性的原因。实验中利用Levenberg-Marquardt非线性拟合得到与理论模型符合很好的温度定标曲线。该传感器在20～200℃量程内,温度变化最小分辨率达到0.1℃,长期测量精度达到±0.2℃。

报道了一种新型实用的用单根光纤布拉格光栅(FBG)实现温度和应变分离传感的技术。当光纤光栅一部分包层直径变小时,整个光栅可以看成由两个周期相同但直径不同的子光栅连接而成。理论分析和实验都证实了这两个子光栅具有相同的温度敏感性和不同的应变敏感性, 由此实现光纤光栅传感器中温度和应变两参数的分离测量,而且这两个子光栅的中心波长间距可以直接测量应变大小,温度变化不影响所测量的应变值。实验中光栅的一部分包层直径被HF酸腐蚀到82 μm,获得了两子光栅应变响应系数分别为0.00201 nm/με,0.000858 nm/με,二峰间距的应变响应系数为0.00116 nm/με,二峰的温度响应系数均为0.01 nm/℃的测量结果,依据这些结果可以对温度和应变进行同时分离测量。

研究光折变多重全息图分批热固定方法,依据热固定的基本理论模型研究离子补偿后的全息电子光栅在分批记录和定影过程中的光擦除特点。引入批间光擦除时间常数对多重全息图分批热固定的批间擦除特性进行定量描述,给出了测量批间光擦除时间常数的实验方法,并测得实际晶体的批间光擦除时间常数。研究结果表明,被记录光激发的已定影全息图的获陷电子对其离子光栅的屏蔽作用,使得多重全息光栅的各批间光擦除时间常数τF远大于每批内光栅间的擦除时间常数τE,实验结果与理论预期一致。证实了批间光擦除时间常数与批内光擦除时间常数的差异是采用分批存储热固定技术高效存储热固定高密度全息图的基本依据。

详细描述了用光纤耦合、波长复用的全息光盘存储光路,指出在全息光盘驱动器即将市场化的今天,由于其光路简单、光学元件较少、性价比高,很有可能成为新的全息光盘驱动器的核心技术之一。由于短波长单模光纤及其双波长光纤分束器件的要求比较高,而用多模光纤进行准单模输出调整,以及用分光棱镜进行光束的分光,同时用对双波长敏感的光致聚合物材料进行存储,其光谱灵敏度均匀,光谱范围互不重叠。实验结果表明,光路结构合理,存储效果良好。

体全息相关器能够进行快速的光学并行相关识别,但是在相关识别的过程中,页间串扰导致相关结果中旁瓣太多,影响了相关峰的判断,大大降低了相关器的识别准确率。为了抑制旁瓣,对传统的体全息相关公式中所产生串扰的因子进行了分析,引入了随机函数的自相关函数作为调制因子对公式进行修正,可以实现在水平方向和竖直方向同时抑制旁瓣,抑制效果与全息图的厚度无关。并提出在相关器的物光光路中物的前方放置随机相位器,实现对物函数的散斑调制。理论分析、数值计算及实验结果表明,该方法可以抑制旁瓣,突出相关峰,提高体全息相关器的识别准确率和通道密度。

实验研究了掺杂组份比对LiNbO3∶Cu∶Ce晶体非挥发全息记录性能的影响。结果表明,在全息记录过程中,掺杂组份比通过改变晶体的紫外光吸收特性而引起全息记录性能的改变。增加LiNbO3∶Cu∶Ce晶体中Cu和Ce的掺杂组份比会导致晶体对紫外光吸收的增强,进而提高了全息记录灵敏度和固定衍射效率。在弱氧化处理的掺有CuO和Ce2O3的质量分数分别为0.085%和0.011%的LiNbO3∶Ce∶Cu晶体中,得到了最高的固定衍射效率ηf=32%和记录灵敏度S=0.022 cm/J。

简要介绍白炽灯点燃过程中灯内气体折射率三维分布测量的实时全息干涉图像,根据密闭气体被灯丝加热时所涉及的物理问题建立简化的物理及数学模型,并利用数字图像处理技术对全息干涉图像的形成过程进行模拟研究。研究结果表明,当灯泡外空间的折射率变化不均匀时,灯泡投影区域内的干涉图像将同时带有灯内外气体折射率变化的信息,利用干涉图像中灯泡投影区域外干涉条纹的测量结果可以对实际测量结果进行修正。此外,根据研究结果及全息CT技术,给出了忽略灯泡外空间的折射率变化影响时白炽灯内气体折射率三维分布测量的实例。

介绍了激光全息-散斑法用于人体腰椎损伤后,内固定装置稳定性生物力学实验。分析了对椎间盘表面位移和变形的测量。对标本制备、加载装置、光路系统、实验方案设计及实验过程均进行了介绍。激光全息-散斑法具有精度高、全场、非接触测量的特点,实验结果表明,在模型模拟腰椎生理运动的大变形过程中,能够测得模型在不同运动位置时椎间盘表面发生的微小三维位移,并由位移求出椎间盘的变形,从而为不同内固定方式的稳定性对比分析提供依据。

激光二极管(LD)抽运Nd∶YVO4激光器通过周期极化的钽酸锂(PPLT),利用非线性光学中倍频与和频的原理,为了实现准相位匹配调控周期极化钽酸锂的温度,当基频光与倍频光满足准相位匹配时,产生671 nm的红光和447 nm的蓝光。当1342 nm基波的平均功率为1.58 W时,输出671 nm红光的最大平均功率为750 mW,对应的匹配温度为92.3℃,半峰全宽温度值为3.2℃,输出447 nm蓝光的最大平均功率为128 mW,对应的匹配温度为83.2℃,半峰全宽温度值为4.5℃,其红光的光-光转换效率为47.4%,蓝光转换效率为8.1%。经过一段时间观察,由周期极化的钽酸锂倍频与和频得到的红光和蓝光输出稳定,结果显示周期极化的钽酸锂可以构造全固态红光和蓝光双波长激光器。

研究了手性偶氮分子N-[4-(4-十二烷氧基苯基偶氮)苯甲酰]-L-谷氨酸(C12-Azo-L-Glu)掺杂聚合物薄膜的光致变色特性。利用C12-Azo-L-Glu掺杂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的可逆光致异构过程,以线偏振的氩离子激光(488 nm)作抽运光和写入光,线偏振氦氖激光(632.8 nm)作再现光和读出光,探讨了光致双折射和全息光学存储过程中,衍射信号强度与氩离子激光功率的关系。实验结果表明C12-Azo-L-Glu具有响应时间快、可擦重写、耐疲劳度高的特点,可用作实时存储材料。

采用表面反射方法研究块状掺偶氮苯聚合物的光致折射率改变特性及其与光强的依赖关系。实验中,使用514 nm的圆偏振Ar+激光作为抽运光,632.8 nm的He-Ne激光(s偏振)作为探测光。通过改变探测光入射角,测量样品在固定光强(0.570 W/cm2)的前向抽运光激励下表面反射率的改变量,研究样品的折射率改变特性,发现样品的光致折射率改变约为-0.0035;研究了这种效应对抽运光强度的依赖关系,发现光致折射率改变随抽运光强度增大而增大,当抽运光强为0.800 W/cm2时,折射率改变量可达10-2量级。

为了提高上转换玻璃在蓝绿波段的发光效率,以期望实现蓝绿波段的短波长激光器,以45PbF2+45GeO2+10WO3为基质组份,双掺Yb3+和Er3+稀土离子,采用熔融技术,退火温度为380℃,恒温4 h以上,制得样品。用V-棱镜测得基质折射率为1.517,样品折射率为1.65。同时利用紫外-可见-红外光谱仪在0.35～2.5 μm的波长范围内测试得到样品的透过率,发现基质玻璃在可见与近红外的透过率大于73%,而掺入Er3+/Yb3+的上转换玻璃透过率大于50%,并且有稀土离子的特征吸收峰。用日本生产的Hitachi F-4500荧光光度计,激发波长为980 nm,观测激发光谱,样品在545 nm处有一较强的发光峰,在650 nm处有一个相对弱的发光峰。

多层介质反射镜在非正入射的时候,两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。利用矩阵法,根据菲涅耳公式和电磁场边界条件,推导出p,s波的相移。通过优化设计,入射角为54°,在1285～1345 nm之间p,s波获得了270°±1°的相移,同时也使反射率在99.5%以上。用离子束溅射技术制备相位延迟膜,用分光光度计测试了光谱特性和用椭偏仪测试了相位特性,在相应波段获得了262.4°±1.8°的相移,同时也使反射率在99.6%以上。误差的主要来源是离子源工作特性会产生不均匀的过渡层和最外层会吸收一些水气、灰尘等也产生表面过渡层。由误差分析得出了制备过渡层的物理厚度和折射率的变化情况,最外层的厚度误差和折射率偏差是发生相移偏小的主要因素。

介绍了玻璃基板上激光微细熔覆柔性直写电阻的基本原理及其工艺,系统地研究了各工艺参数的变化对电阻阻值的影响规律。通过热作用、激光与物质的相互作用原理理论分析了电阻膜的形成以及组织、结构、性能间的关系,确立了制备电阻的最佳工艺参数和获得高精度、小误差电阻阻值测试的最佳方法。结果表明,采用该技术可以在无掩膜下通过调节电阻的形状、大小、体积以及激光加工参数,一步完成所需高精度、高质量、高性能电阻元件的制备和修复,不需要电阻的微调,工艺简单、灵活、速度快、成本低,具有广阔的应用前景。

采用经过二元光学变换后呈3×3和7×7二维点阵分布的脉冲激光束对球铁试样作了表面强化处理。针对点阵分布脉冲激光表面强化球铁材料提出了微硬度分布合理表征的统计方法。即在整个月牙形强化区横截面上按30 μm×30 μm或30 μm×50 μm划分网格,沿层深方向按列(行)对网格的交叉点进行硬度测试。然后,利用数学方法对硬度分布进行统计处理并绘制等高线轮廓图。应用表明,对于强化区具有多相交错分布特征的球铁材料,与传统方法相比,采用统计方法能够比较准确地评价强化层深度和微硬度分布特征。同时,在一定程度上揭示了激光强化工艺与强化效果之间的关系。

在Ti6Al4V合金表面上进行了激光重熔NiCrBSi+TiN涂层试验,利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段对熔覆层的组织进行了分析。探讨了TiN的行为及其对组织的影响,测试了熔覆层显微硬度。结果表明, 熔覆层由(Cr-Ni-Fe),TiN,NiB,Cr2Ti,Ti2Ni等相组成。在激光重熔过程中TiN颗粒发生了大量的分解, 部分分解而来的[Ti],[N]参与熔池冶金反应,[Ti]与NiCrBSi粉末中的Ni,Cr元素发生反应形成Cr2Ti,Ti2Ni金属间化合物,而[N]在冷却时又以TiN,TiN0.3,TiN0.9三种形式在不同部位原位析出,在结合区与热影响区之间有5～6 μm的扩散层,Ni元素在扩散层内有明显的浓度梯度。