绝对辐射计溯源至低温辐射计实验测试

开展了绝对辐射计溯源至低温辐射计的计量技术研究。选用激光作为光源,采用光斑非全覆盖绝对辐射计接收面的辐射功率模式进行校准实验。利用溯源至低温辐射计的陷阱探测器作为标准器定标激光器功率,然后通过替代法将量值传递至绝对辐射计。通过绝对辐射计光阑面积校准,实现激光功率与绝对辐射计测量辐照度的转化。通过对陷阱探测器的校准、绝对辐射计锥腔不同位置空间响应均匀性、锥腔的波长选择性等特性的分析,对实验所用绝对辐射计校准不确定度进行了详细评估,得到的校准不确定度为0.86%(包含因子k=2)。     

低温辐射计测量系统中的光路调整

低温辐射计是目前光辐射测量不确定度最低的仪器。测量不确定度主要依赖于光路的调整和实验环境条件的控制。本文介绍了用低温辐射计测量激光功率的实验装置和调节方法 ,并提出了一种用直角棱镜观察、调节低温辐射计的新方法     

单模光纤激光极限功率的数值研究

对光纤激光极限功率的探索和其受限因素的分析, 有利于为大功率光纤激光器的发展提供理论依据和实验指导. 本文考虑热效应、光效应、非线性效应和抽运亮度等因素对光纤激光极限功率的影响, 分析了掺镱和掺铥光纤的极限功率和受限因素. 在此基础上, 结合激光在光纤中单模传输的条件, 计算了单模掺镱和掺铥光纤激光的极限功率. 计算结果表明, 在现有技术条件下, 使用常规的976 nm和793 nm激光二极管抽运, 单模掺镱和掺铥光纤激光的极限功率分别为4.2 kW和7.8 kW, 其中单模掺铥光纤激光的功率水平还远低于它的极限功率的原因是受抽运亮度的限制. 最后分析指出减小纤芯的数值孔径和改进少模光束的光束质量是提升单模光纤激光极限功率的重要途径.     

本振光功率锁定方法应用于激光外差辐射计的研究

激光外差辐射计具备成本低、体积小、光谱分辨率高等优势,可扩展现有的地面碳测量网络,验证卫星观测结果,并能在卫星观测区域外提供数据覆盖.本文在现有的激光外差辐射计的基础上,报道了基于掺铒光纤放大器的可实现本振光功率锁定的近红外激光外差辐射计原型机.该激光外差辐射计利用一个中心波长为1.603μm的分布反馈式半导体激光器作为本振光源,采用掺铒光纤放大器放大本振光功率,并利用自动功率控制电路实现掺铒光纤放大器输出端光功率的锁定,消除了由本振光功率变化引起的基线斜率,从而实现免基线拟合的整层大气透过率谱的测量.详细评估了基于掺铒光纤放大器的高度集成化的激光外差辐射计的仪器性能,并在合肥市科学岛(31.9°N, 117.2°E)地区进行了整层大气CO₂透过率谱的测量.在一天的测量时间内得到6组大气CO₂透过率谱,与大气辐射模型模拟结果进行比对,测量结果一致.实验结果表明,掺铒光纤放大器的应用可以提高激光外差辐射计的性能,优化其结构,进而为实现无人值守的长期大气CO₂浓度观测和构建全面的碳观测网络提供仪器设备的补充.     

百纳秒级单频脉冲光纤激光极限功率的数值分析

建立了百纳秒级单频脉冲光纤激光极限输出功率的理论模型,分析了影响Yb3+掺杂的硅玻璃光纤和磷酸盐光纤最大输出功率的影响因素,计算结果表明影响硅玻璃光纤极限输出功率的因素有抽运光亮度、透镜效应和受激布里渊散射(SBS)效应,而对于磷酸盐光纤除了上述三种因素外还包括纤芯的熔化。在单频脉冲极限输出功率方面磷酸盐光纤的性能要优于硅玻璃光纤。     

溯源于低温绝对辐射计的太阳光谱辐照度仪定标方法研究

为了提高太阳直射光谱辐照度的观测精度,对使用棱镜分光的太阳光谱辐照度仪,在可见-近红外波段开展了基于标准探测器的辐射定标方法研究。建立了可调谐激光器-积分球的辐照度定标装置,以溯源于低温绝对辐射计的标准辐照度探测器作为传递基准,通过替代法得到照度仪在可见-近红外10个波段的绝对光谱辐照度响应度,分析得到的合成定标不确定度优于0.95%。与溯源于中国计量院金点黑体的标准灯定标法进行了比对实验,两者的偏差在4.67%的范围内,证明了此辐射标准传递方法的合理性。     

溯源至低温辐射计的硅陷阱探测器紫外波段绝对光谱响应度测量

介绍了溯源至低温辐射计的紫外绝对光谱响应度测量装置,对硅陷阱探测器在三个激光波长点进行了绝对光谱响应度校准实验.测量了硅陷阱探测器的空间均匀性和非线性系数,分析了影响测量准确度的各不确定度分量.实验表明:硅陷阱探测器在紫外波段266、325、379 nm三个激光波长点处的绝对光谱响应度测量扩展不确定度分别为0.19％、0.14％、0.11％,可作为紫外波段光辐射功率基准保持和传递的标准探测器,用于提高紫外波段光谱辐射度的校准能力.     

基于光纤激光相控阵的空间激光通信系统

为了满足超远程和高速空间激光通信的需求,设计了一种以1.06 m光纤激光4支路相控阵作为发射源的通信系统结构。采用53 Mb/s、120 Mb/s、155 Mb/s速率调制的伪随机序列,实验了相控阵种子源和一条支路处调制的2种方案。结果表明:相同速率下,种子源调制的接收眼图质量较好,通过相位控制,可以进一步提高接收质量。实验中,研究了2条支路光分别调制的相控阵多载波特性,调制信号采用5/5.08 MHz及20/40 MHz两组正弦波,经光束合成和相位控制,在接收端观测到相应的频域信号。实验初步验证了光纤激光相控阵空间通信系统的可行性。     

大功率激光单模光纤远距离传输的注入光纤光功率限值分析

对于大功率激光单模光纤远距离传输, 采用传统的受激拉曼散射(SRS)阈值作为注入光纤激光功率值取值过大。本文对单模光纤远距离传输过程中泵浦光和拉曼斯托克斯光(Stokes)光功率随注入光纤激光功率的变化进行仿真与理论分析。根据光纤中SRS产生的机理, 提出以拉曼Stokes光在单模光纤中传输的光功率变化曲线曲率极大值点对应的注入激光功率为限值, 对注入单模光纤光功率限值随着光纤长度变化进行仿真, 通过曲线拟合得出注入单模光纤激光功率限值公式, 并搭建实验系统进行验证。结果表明, 提出的注入单模光纤激光功率限值适用于大功率激光远距离单模光纤传输。     

Study On Laser Fiber Diameter Measurement Instrument

ＳｔｕｄｙＯｎＬａｓｅｒＦｉｂｅｒＤｉａｍｅｔｅｒＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ￥ＺＨＯＵＧｅ；ＬＩＵＺｅｙｉ；ＬＩＨｅｑｉａｏ；ＭＡＯＹｉ；ＺＨＡＮＧＹｉｍｏ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ＆ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇ...     

低温光学系统的研制

低温光学系统对于在空间探测微弱红外目标有重要的意义。无热效应的光学系统设计保证光学系统的像质不受温度变化的影响。有限元分析方法的结构优化设计,在确保光学性能的前提下使系统的重量达到最轻。特殊的制造工艺充分消除零件内部应力。低温检测的结果表明,光学系统的温度从室温降到100K的低温,在温度变化185K的条件下,系统波面误差几乎没有变化,光学系统都能达到衍射极限的成像质量。     

Cryogenic radiometer based absolute spectral power responsivity calibration of integrating sphere radiometer to be used in power measurements at optical fiber communication wavelengths

This paper covers the absolute spectral power responsivity calibration of spectralon-coated Integrating Sphere Radiometer (ISR) equipped with 3 mm diameter InGaAs photodiode to be used as a transfer standard in fiber optic power measurements against Electrical Substitution Cryogenic Radiometer (ESCR) in Optics Laboratory of National Metrology Institute (TUBITAK UME) of Turkey. The initial uncertainty arising from the use of the Electrically Calibrated Pyroelectric Radiometer (ECPR) as a transfer standard in radiometric scale is 0.5% (k=2), which particularly comes from irregularity in the surface homogeneity of ECPR. In order to eliminate the ECPR step as well as its initial uncertainty contribution in fiber optic power measurements, the calibration application herein was carried out. Moreover power stabilization measurements of DFB laser sources at both 1309.1 nm and 1549.0 nm, the beam size determinations, and spectral analyses of these laser sources as well as spatial and angular dependence of spectral responsivities of the ISR were presented in this paper. The total expanded uncertainties were calculated as 0.283% and 0.315% in the determination of absolute spectral power responsivities of the ISR for 1309.1 nm and 1549.0 nm wavelengths respectively (k=2).     

飞秒光脉冲光纤放大增益特性的实验研究

报道了掺Ｅｒ＾３＋光纤激光器输出１．５３１μｍ波长飞秒激光脉冲增益放大的实验研究结果,将自起振相加脉冲摹参Ｅｒ＾３＋光纤激光器输出的飞秒激光脉冲注入掺Ｅｒ＾３＋光纤放大器中进行放大,分别采用正向和逆向抽地这的方式,得到了最高放大倍数５５倍（１７．４ｄＢ）和６４倍（１８．１ｄＢ）的增益,对应的最大单脉冲能量（峰值功率）分别为０．３８４ｎＪ（７５２Ｗ）０．４５２ｎＪ（１２９５Ｗ）,脉冲重复率为２０．８     

基于非线性偏振旋转效应的多波长光纤激光器

多波长光纤激光器是未来波分复用光通信系统的理想光源,提出和展示了一个基于非线性偏振旋转效应的多波长光纤激光器,非线性偏振旋转诱导的强度相关非均匀损耗能有效地抑制均匀加宽增益介质掺铒光纤中的模式竞争,从而使光纤激光器在室温下产生稳定的多波长输出,实验实现了最多18个波长的多波长输出.另外,此激光器没有使用传统的滤波器,而是在激光腔内插入一段保偏光纤,保偏光纤与偏振相关隔离器构成一等效Lyot双折射光纤周期性滤波器.利用这种在线型的双折射光纤滤波器简化了光纤激光器的结构,使它更易于集成.还实验研究了多波长输出随抽运功率的演化,发现抽运功率对多波长的均匀性影响很大.     

光纤光栅激光器激射波长的研究

一般认为，用光纤光栅作选频元件的光纤激光器，激射波长与光纤光栅中心反射波长一致，本文报道了不同的实验研究结果。通过细致的实验研究，发现光纤光栅激光器激射波长相对于光纤光栅中心反射波长有一定的偏移。激射波长可以出现在光栅中心反射波长的长波端，也可以出现在其短波端。对不同腔结构的掺镱、掺铒光纤光栅激光器的深入研究证明，谐振腔的各向异性对激光器的激射波长偏移起到决定性的作用，波长最大偏移量主要受限于光纤光栅的反射带宽。通过激光腔内的偏振控制器改变谐振腔的各向异性，可以在光纤光栅的反射带宽内控制激射波长的位置。     

Effect of Launching Condition on Modal Power Characteristics of Multi-Mode Step-Index Optical Fiber: A Theoretical and Experimental Investigation

Abstract

This article investigates optical power transmission characteristics with varying launching conditions concentrating on weakly guiding, step-index highly multi-moded optical fibers. A single analytical expression for the fractional power transmitted per mode in a highly multi-moded fiber is obtained. This expression is used to numerically obtain the fractional power per mode, power per modal order, and finally, the total power carried by the fiber. Experiments are carried out to investigate the effect of launching conditions on the total power carried by the fiber and to establish a possible correlation with the theoretical results. Reasons for the observed experimental discrepancies are also discussed.