1 北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044
2 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心，河北 保定 071002
3 大阪工业大学 电子信息系统工程学专业，日本大阪 999001
4 山西医科大学第五临床医学院 妇产科，山西 太原 030012
提出并实现了一种基于均匀光纤布拉格光栅（Uniform fiber Bragg grating，UFBG）和双环复合子腔滤波器的可调谐单纵模掺铥光纤激光器。3 dB带宽为0.18 nm的UFBG作为波长选择器件，与可进行模式选择的双环复合子腔滤波器相结合，实现了单纵模激光输出。测得激光器的输出波长为2 048.69 nm，光信噪比为71.82 dB。60 min内的最大波长和功率波动分别为0.03 nm和0.76 dB。此外，激光器的相对强度噪声在>0.5 MHz时，低于-127.81 dB/Hz；采用基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪装置测得0.001 s时激光线宽为 7.719 6 kHz。通过调整微位移平台改变作用在均匀光栅上的应力，单纵模激光实现了5.1 nm范围可调谐输出。
光纤激光器 掺铥光纤 单纵模 双环复合子腔滤波器 fiber laser thulium-doped fiber single-longitudinal-mode double-ring compound sub-cavity filter
1 北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044
2 光信息技术创新中心，河北大学物理科学与技术学院，河北 保定 071002
提出并实现了一种工作在2050 nm波段的单纵模窄线宽掺铥光纤激光器。使用3个耦合器组成的新型复合双环腔抑制密集的多纵模，结合未泵浦的掺铥光纤（作为饱和吸收体），实现了激光的单纵模激射和窄线宽输出。实验结果表明：室温下，激光器的中心波长为2048.76 nm，光信噪比为68 dB。通过60 min的连续测量，得到激光的输出功率波动不大于0.15 dB，中心波长漂移不大于0.02 nm，证明了所设计的激光器具有良好的波长稳定性和功率稳定性。使用基于3×3光纤耦合器的相位解调系统对激光器的频率噪声特性进行测量，并进一步结合β分割线法测量线宽。当测量时间为0.001 s时，激光器的线宽为9.17 kHz。当频率高于1 MHz时，相对强度噪声低于-125.69 dB/Hz。该激光器在激光雷达和空间光通信系统中具有广阔的应用前景。
激光器 掺铥光纤激光器 单纵模 子环腔 饱和吸收体 中国激光
2023, 50(23): 2301002
1 北京交通大学 电子信息工程学院，北京00044
2 河北大学 物理科学与技术学院 光信息技术创新中心，河北保定07100
提出了一种基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪和相位信号解调的激光器线宽测量系统，基于相位信号解调的微分交叉相乘算法，可对所采信号进行高速实时处理，快速给出待测激光器的频率噪声信息和线宽值。该系统光路结构简单，无须主动控制，测量结果重复性高。考虑采样信号是否同时包含源信号的最大值和最小值这一重要问题，在仿真和实验两种情况下着重讨论了对源信号进行采样窗口为0.5，0.4，0.1，0.05和0.01 s的采样对所测试激光器频率噪声功率谱密度的影响。仿真和实验均表明，使用采样窗口为0.1，0.05和0.01 s未同时包含源信号的最大值和最小值的采样信号计算获得的激光频率噪声功率谱密度幅值偏高。进一步使用β-分割线法对1.5 μm波段商用激光器和实验室自制的2 μm波段激光器进行线宽测量验证，结果表明，使用同时包含源信号最大值和最小值的采样信号处理得到1.5 μm波段商用激光器的线宽值在测量时间为2 ms时为5 kHz，同时本结论可拓展至全波段适用。
单频窄线宽激光器 线宽测量 频率噪声 相位信号解调 single-frequency narrow linewidth laser line width measurement frequency noise phase signal demodulation
1 河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心，河北 保定 071002
2 河北省光学感知技术创新中心，河北 保定 071002
3 北京交通大学电子信息工程学院，北京 100044
设计并演示了一种2 μm波段高信噪比混合复合谐振腔型单纵模（SLM）掺铥光纤激光器（TDFL）。混合复合谐振腔由基于3个均匀光纤布拉格光栅（FBG）和2个光纤耦合器（OC）的非对称线形复合四腔和基于另外2个OC的双OC环形腔组成。基于游标原理，非对称线形复合四腔可以实现激光SLM选择。双OC环形腔作为窄带滤波器，进一步确保激光器长时间SLM稳定运行。采用放大的1567 nm激光泵浦掺铥光纤，当泵浦功率为2.80 W时，激光输出中心波长为2049.160 nm，输出功率为15.47 mW，光信噪比高达75.65 dB，200 min测量时间内波长和功率波动分别小于0.005 nm和0.85 dB，10 min测量时间内激光可以保持稳定的SLM运行，激光器的阈值泵浦功率和斜率效率分别为1.75 W和1.43 %。提出的TDFL在自由空间光通信、激光雷达、光学传感等领域具有潜在的应用价值。
激光器与激光光学 2 μm波段光纤激光器 混合复合谐振腔 单纵模 光纤滤波器 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0514006
1 北京交通大学 电子信息工程学院, 北京 100044
2 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心, 河北 保定 071002
3 中国科学院理化技术研究所 固体激光重点实验室, 北京 100190
4 河北建筑工程学院 电气工程学院, 河北 张家口 075000
5 大阪工业大学 电子信息系统工程学专业, 大阪 999001
提出了一种在2 050 nm波段的基于新型无源三环复合子腔的单纵模掺铥光纤激光器。对所提出的新型复合三环子腔滤波器进行了详细的理论分析, 可以通过调整其有效自由光谱范围和透射带宽实现超窄带滤波, 从而确保激光器的单纵模运行。所搭建激光器的输出波长为 2 048.48 nm, 光信噪比为 70 dB, 100 min内的波长和功率波动分别小于 0.02 nm 和 0.453 dB。实验结果表明, 激光器可以工作在稳定的单纵模输出状态。该激光器有望用于自由空间光通信或用作多普勒激光雷达的高功率光纤激光器的种子源。
光纤激光器 掺铥光纤 单纵模 光纤布拉格光栅 fiber laser thulium-doped fiber single-longitudinal-mode fiber Bragg grating
1 北京交通大学 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 光波技术研究所, 北京 100044
2 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心, 河北 保定 071002
3 中国科学院理化技术研究所 固体激光重点实验室, 北京 100190
提出了一种基于光纤Bragg光栅Fabry-Pérot (F-P)窄带滤波器和复合双环腔滤波器的单纵模掺铥光纤激光器。通过对复合双环腔进行数值仿真并实验制作, 结合光纤Bragg光栅F-P滤波器的窄带滤波特性, 实现了光纤激光器的单纵模选取。激光器输出波长为1 941.56 nm, 光信噪比为55.8 dB, 70 min内的波长和功率波动分别小于0.019 nm和1.464 dB。由自制的基于非平衡迈克尔逊干涉仪线宽测试系统测量了所提出的掺铥光纤激光器输出单纵模激光的频率噪声特性, 并用β线方法由频率噪声谱估计了不同测量时间下的激光线宽, 2 ms测量时间下的典型激光线宽值为14.194 kHz。
光纤激光器 掺铥光纤 单纵模 光纤光栅 fiber laser thulium-doped fiber single longitudinal mode fiber Bragg grating
1 北京交通大学光波技术研究所 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
2 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心, 河北 保定 071002
搭建了一个连续波高功率掺铥光纤激光器, 并进行了生物组织切割研究。利用自制光纤光栅搭建了线形腔掺铥光纤激光种子源, 种子源输出波长为1 941.10 nm, 光信噪比为75 dB, 50 min内的波长抖动和功率抖动分别小于0.04 nm和0.265 dB, 斜率效率和最大输出功率分别为5.6%和186 mW。基于主振荡功率放大结构, 分别搭建了前置光放大器和主光放大器, 两放大器的斜率效率分别为14.3%和35.86%, 经过两级放大后得到21.9 W的激光输出。利用经光束整形后的激光光束进行了生物组织切割实验。设计了多组实验观察该激光器在不同功率和移动速度情况下, 切割深度的变化情况。实验表明该掺铥光纤激光器具有良好的切割作用, 在生物医学领域具有应用潜力。
光纤激光器 掺铥光纤 高功率 组织切割 fiber laser thulium-doped fiber high-power tissue cutting
随着光斑检测技术和图像处理技术的不断发展与进步，基于多模光纤光斑的传感技术日益成熟，利用多模光纤输出光斑图样携带的光纤空间状态信息可得到光纤的受干扰信息及其受干扰程度，具有重要的应用价值。从各个应用领域出发，详细介绍了多模光纤光斑图样的应用与发展。层出不穷的研究成果和丰富的应用场景都体现出光纤光斑传感技术有着巨大的发展潜力。最后，展望了未来多模光纤光斑图样在传感领域的研究方向。
多模光纤 光纤传感 光斑图样 multi-mode fiber optical fiber sensing specklegram
1 北京交通大学 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京100044
2 北京交通大学 光波技术研究所, 北京 100044
3 国网信息通信产业集团研发中心, 北京 102209
基于多模光纤的多模干涉原理以及图像处理算法, 对多模光纤输出端面光斑图像相位谱的灰度共生矩阵特征值进行提取, 提出一种新型光斑图样处理算法, 并且将其应用于微位移传感。详细分析了以阶跃型多模光纤为基础的单模-多模光纤结构在两光纤径向产生微位移时, 位移量与端面光斑图像相位谱特征值之间的关系。对多种结构参数光斑图样的分析表明, 两光纤径向微位移与相关性及一致性两特征值成近似线性关系, 可以用光斑图像处理的方法进行微位移测量, 从而实现传感。实验结果表明与目前常用的计算光斑图像归一化强度内积处理算法相比, 多模光纤芯径较小时, 线性度、动态范围比较接近; 芯径较大时, 线性度提高的同时动态范围扩大约一倍。因此所提出的算法稳定性更好, 适用范围更广。
光纤传感 光纤光斑 图像处理 微位移 optical fiber sensing fiber speckle image processing micro-displacement 红外与激光工程
2018, 47(10): 1022004
平视显示器又称抬头显示器, 是在20世纪60年代问世的具有电子特色的航空产品, 主要应用于战斗机。而今, 平视显示技术已经被广泛地应用于汽车工业。首先综述了车载平视显示技术的发展历史, 阐述了显示原理, 在此基础上总结了车载平视显示技术的发展现状与典型的结构形式, 最后对车载平视显示技术未来的发展提出展望。
汽车 平视显示 光学系统 automobile Head-Up Display(HUD) optical system
