Gaussian切趾体光栅在光谱合成中的应用研究

为了研究切趾技术对体光栅旁瓣的抑制效果及切趾体光栅的光谱合成特性,采用Gaussian切趾技术对体光栅旁瓣进行了抑制,并用传输矩阵法分析了Gaussian切趾体光栅的衍射特性,给出了Gaussian切趾体光栅光谱合成效率公式,分析了切趾光栅对光谱合成效率影响;切趾后体光栅旁瓣对应的前4级峰值衍射效率由73%,47%,31%,22%降低到11%,20%,10%,7%。合成路数和光束光谱宽度一定时,合成效率随衍射损耗的增大而减小。结果表明,Gaussian切趾技术能够有效抑制体光栅旁瓣,进而减小体光栅对相邻合成光束的衍射损耗,增大合成效率。     

双体光栅外腔二极管激光器光谱特性研究

为了研究双体布喇格光栅外腔二极管激光器的衍射特性,采用一块体布喇格光栅与一块横向啁啾体布喇格光栅组成双体布喇格光栅,理论分析了组合前后体布喇格光栅的衍射特性,实验研究了双体布喇格光栅外腔二极管激光器的输出光谱特性。结果表明,在双体布喇格光栅外腔反馈的作用下,可以实现双波长同时输出,通过横向移动横向啁啾体布喇格光栅,可以在保持其中一个中心波长不变的情况下,使另外的一个波长在800nm~815nm的范围内线性调谐。此研究为基于双体布喇格光栅实现双波长输出的大功率二极管激光器提供了实验指导。     

多频声光布喇格衍射

多个独立的声波同时作用在声光器件中,入射激光照射到声场,当满足布喇格入射条件时,声光器件输出多个衍射光束。但是,多个衍射光束不是完全独立的。当多个频率的声波同时出现时,除了根据布喇格定律出现相应的光束外,还存在各光束之间的互调制效应和交叉调制效应;当多于一个频率的信号加于声光调制器时,将分别耗费源束的光能,并使衍射光束受到其它声光栅的多次衍射,而使该束衍射光效率降低。加入的频率数目越多,对于一束一级衍射光的衍射     

严格耦合波法计算体布喇格光栅衍射效率

为了获得更精确的光栅衍射效率,采用严格耦合波理论建立体布喇格光栅衍射机理模型,分析了运用严格耦合波理论实现体光栅的衍射效率计算,并利用正交Legendre多项式展开法求解耦合波方程,取得了体布喇格光栅衍射效率稳定的数值解,得到的仿真结果符合理论计算。结果表明,相对于矩阵法,该算法具有更好的收敛速率,且比Ko-gelnik耦合波理论解法更精确。     

相移反射体布拉格光栅在谱合成中的应用

谱合成是获得高功率激光输出的有效方法。建立相移反射体布拉格光栅谱合成模型,利用传输矩阵法,分析相移反射体布拉格光栅的衍射特性,并对反射体布拉格光栅的衍射特性和相移反射体布拉格光栅的衍射特性进行了比较。以两束光为例,分析相移反射体布拉格光栅谱合成特性,分析在高斯单色平面波入射条件下,光谱宽度对谱合成效率的影响。结果表明,通过在反射体布拉格光栅中引入π/2的相位畸变,可有效抑制衍射效率中的旁瓣的影响并增加参与谱合成的光束数目,对于两束光谱间距为30 pm的窄带光束谱合成,谱合成效率可达97%。     

半导体激光器光束谱合成效率的分析

针对半导体激光器的光束谱合成系统结构及其特点,利用Lang-Kobayashi模型建立的速率方程,在稳态情况下,推导出单个子光束经谱合成系统后的效率公式,并进一步讨论了多个光源经谱合成系统后的合成效率及其影响因素。研究结果表明:半导体激光器经谱合成系统的效率与半导体激光器输出端面和外腔输出耦合镜的反射率的相对大小、变换透镜和望远镜系统的透过率、闪耀光栅的衍射效率以及系统的耦合效率有关;在实际工程设计中,要尽可能提高变换透镜和望远镜系统的透过率、闪耀光栅的衍射效率以及系统的耦合效率,并综合考虑系统效率和光谱稳定性的要求,对半导体激光器输出端面和输出耦合镜的反射率进行优化设计。     

Sinc切趾反射体布拉格光栅衍射特性分析

基于sinc切趾反射体布拉格光栅的谱合成技术是获得高功率谱合成输出的有效方法。考虑到入射单色平面波光束的偏振状态,采用传输矩阵法,分析了光栅参数对衍射效率、波长选择性和角度选择性的影响。计算结果表明,入射角度对不同偏振状态入射光束的衍射效率影响较大。sinc切趾反射体布拉格光栅的衍射效率近似由光栅厚度和折射率调制幅值的乘积决定,当折射率调制幅值与光栅厚度的乘积大于1.7028×10-6时,不同偏振态在小角度入射时的衍射效率高于99%。sinc切趾反射体布拉格光栅的波长选择性带宽和角度选择性带宽随折射率调制幅值的增加而增大,随衍射效率的增加而减小。通过优化光栅参数,利用sinc切趾体布拉格光栅可实现光谱间距低于200 pm的多光束谱合成。     

平均功率360W的光谱合成纳秒脉冲光纤激光

采用多层电介质膜衍射(MLD)光栅实现多路光纤激光的共孔径光谱合成是主流的光谱合成方案。本实验搭建了4路平均输出功率为100W量级的窄线宽脉冲光纤激光器,中心波长在1058～1075nm,利用基于MLD光栅的光谱合成系统,成功获得了平均功率360W,峰值功率122 kW,脉冲能量036mJ,合成效率90,重复频率1 MHz,脉冲宽度295ns的光谱合成脉冲激光输出。最大合成功率下对应的输出光束质量因子M2小于2(M2x=193,M2y=16)。     

体光栅二维耦合波方程解析解的再探讨

针对完全重叠型的体光栅,在布拉格衍射范畴内给出二维耦合波方程的完整推导,并给出方程组的闭形式解析解.该解析解能够解决完全重叠型的均匀光栅的普遍衍射问题.研究了二维有限尺寸体光栅的衍射性质特别是衍射效率与光栅二维尺寸及介质吸收系数之间的关系.对于无吸收的光栅,参考光束相对物光束越宽,衍射效率将越高.当介质的吸收不可忽略时,对于耦合较强的光栅,参考光尺寸的增大反而会引起衍射效率的下降.为了获得最优的衍射效率,应当根据介质的吸收率合理地设计光栅的几何尺寸.     

光纤布喇格光栅的反射特性研究

阐述了由耦合模理论得到的光纤布喇格光栅的反射率的表达式,并且由此表达式导出了光纤布喇格光栅的反射特性和反射中心波长。理论分析了反射波长λ、光栅栅距Λ,折射率微扰的最大值Δnmax,光栅区长度L和反射率Rg之间的关系。     

基于透射体布拉格光栅频谱组束的研究

分析了透射体布拉格光栅实现两束不同波长光束频谱组束的条件.基于耦合波理论,推导了透射体布拉格光栅的衍射效率方程,获得了优化的组束设计条件,提出了使用凸透镜控制光束入射角的方法.建立了组束的理论模型,分析了光栅参数对衍射效率的影响.结果表明:最佳组束时,不同的光栅厚度须选择不同的光栅参数;在折射率调制和空间频率不变的情况下,随着光栅厚度的减小,谱选择性逐渐增大;随着光束发散的增大,光栅的衍射效率逐渐减小.     

缓冲气体压力对铷原子吸收特性的影响

铷原子吸收线宽很窄,通过充入定量缓冲气体,可以加宽铷原子的泵浦吸收线宽,从而可以提高铷原子对泵浦光的吸收效率。通过计算模拟,找到入射泵浦光谱宽、入射泵浦强度和缓冲气体压力之间的对应关系,找到最佳的实验工作条件,最终实现铷原子对离泵浦中心频率一定范围内的泵浦吸收效率很高,同时保证在泵浦谱宽范围内的总泵浦吸收效率也很高。模拟结果显示：随着缓冲气体压力的增大,铷原子吸收线宽不断增加,但是泵浦光的总吸收效率下降的并不明显。     

光纤激光频谱组束的仿真研究

基于利用透射体布拉格光栅 准直透镜所设计的非相干组束方案,建立了光纤激光组束的理论模型.依据所建模型,对光栅的组束效果进行了分析.结果表明:最佳组束时,不同的光栅厚度须选择不同的光栅参数;随着光栅厚度的减小,满足最佳组束条件的空间频率和折射率调制将逐渐增大;在折射率调制和空间频率不变的情况下,随着光栅厚度的减小,角或谱的选择性逐渐增大;随着光束发散角和光谱宽度的增大,衍射效率逐渐减小.     

反射型体光栅高效频谱组束仿真研究

文章建立了光纤激光频谱组束的体光栅参数优化模型。研究结果表明,随着体光栅空间频率和折射率调制量的增大,体光栅所允许的光束谱宽减小,光束发散角增大,得到空间频率和折射率调制量优化选择参数。文章还对所选取的体光栅参数进行频谱组束的效率进行了分析。研究表明,采用优化参数的体光栅的频谱组束效率可提高至95%以上。     

大功率体光栅外腔半导体激光器的输出特性

宽条形大功率半导体激光器(LD)存在光谱温漂系数大、光谱宽度宽的缺点,为了改善宽条形大功率半导体激光器的光谱特性,采用一种体光栅(VBG)离轴外腔方法实现了宽条形大功率半导体激光器光谱特性的明显改善和高效率工作.宽条形半导体激光器的外腔结构主要包括激光器输出光束的快、慢轴准直光学透镜和离轴放置的体光栅.宽条形半导体激光器的激射条宽为100μm,当激光器工作电流为4.0 A时,外腔激光器的输出功率高达3.4 W,斜率效率为1.0 W/A,光谱宽度由自由出射条件下的2~3 nm减少为0.2 nm,峰值波长的温漂系数小于0.015 nm/℃.     

含金属层一维三元光子晶体结构的高吸收特性研究

利用传输矩阵理论,分析了含金属层的一维光子 晶体对太阳光谱的吸收特性。通过对一维光子晶体透射谱、 反射谱和吸收谱的分析,分别研究了金属层的消光系数、色散系数、入射角和光子晶体结构 的周期数目变化对吸收率的 影响。结果表明随着消光系数和周期数的增加,吸收率都明显增加,谱线宽度和高吸收带位 置基本保持不变;吸收率随 着色散系数的增加变化规律略有不同,不同吸收带的频谱位置向长波方向移动,谱宽基本保 持不变;吸收率均值随入射 角的增加而减小,而且频谱位置向长波方向移动;一维光子晶体结构周期数增加,各吸收 带的吸收率波动程度减小。 本文结果可用于提高对太阳光辐射的吸收,为光子晶体的设计及其在太阳能利用方面的应用 提供重要依据。     

Diffraction Properties of Blazed Gratings Illuminated with Broad-bandwidth and Divergent Beam

Far-field intensity and diffraction efficiency of the blazed reflection gratings illuminated with broad-bandwidth and divergent beam are investigated. When the spectral width and divergence of the incident beam with a constant energy increase, the maximum intensity decreases, and the half width at e^-2 of the maximum intensity becomes wider. Diffraction efficiency has no deterioration for the blazed grating with a proper groove shape even when the incident light contains a broad range of wavelengths and comes from a wide range of angles.