LD横向泵浦铷蒸气激光器阈值特性理论研究

基于三能级速率方程建立了横向泵浦铷蒸气激光器阈值计算模型,首次详细研究了横向泵浦铷蒸气激光器的泵浦阈值特性。论文结合实际参数,数值模拟了单Bar条半导体激光器横向泵浦铷蒸气的非线性吸收和泵浦光在蒸气室内的传播以及阈值工作状态下小信号增益的分布,仿真分析了蒸气室长度、温度、缓冲气体气压及组份配比、聚焦透镜焦距以及谐振腔诸参数对横向泵浦铷蒸气激光器出光阈值的影响。分析结果表明:对缓冲气体组份配比进行优化可以有效的降低泵浦阈值功率;蒸气室长度与温度共同影响阈值功率;较大的窗口片透过率和不大于70%的输出耦合率可以使泵浦阈值功率保持在较低的水平。文中对铷蒸气激光器等碱金属蒸气激光器的关键部件设计和系统优化可起到借鉴参考的作用。     

泵浦光椭圆度对铷原子极化率的影响

在核磁共振陀螺系统中,需要用圆偏振光来泵浦碱金属（例如铷）原子,使其产生极化。然而实际应用中的泵浦光不是理想的圆偏振光,为了研究泵浦光椭圆度与铷原子极化率的变化关系,推算了泵浦光经过四分之一波片后的表达式,并由此得出泵浦光照射铷原子气室前的椭圆度,建立了数值仿真模型,研究了椭圆度对铷原子极化率的影响。同时通过实验得到了铷原子极化率与椭圆度的关系曲线。仿真和实验结果表明,泵浦光椭圆度越大,铷原子极化率越大,随着椭圆度的进一步增大,铷原子极化率增速变慢逐渐饱和;此外,相同的椭圆度下,铷原子极化率随着泵浦光功率的增大而增大。     

半导体抽运铷蒸气输出2.8W线偏振铷激光

半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)是一种具有广阔应用前景的激光器,近年来发展迅速。使用碱金属铷所需要的中心波长为780nm的半导体激光器线阵作抽运源,采用平面衍射光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.13nm,并使用斩波器将半导体激光变为脉冲输出形式。采用透镜组合对窄线宽半导体激光进行光束扭转整形,整形后光斑近似为方形。半导体激光经线宽压窄和光束整形后,被聚焦进铷蒸气泡,泡内充入79kPa甲烷作为缓冲气体。控制铷蒸气泡温度为145℃,注入谐振腔的抽运光峰值功率为最高13W时,获得了峰值功率2.8W的线偏振铷激光输出,光-光转换效率达21%。     

浅析元件参数对外腔半导体激光器输出谱宽影响

半导体抽运碱金属蒸气激光器（DPAL）需大功率窄线宽泵浦源,但市售半导体激光器输出线宽远远大于碱金属原子吸收谱宽,难以实现有效泵浦,因此需采用Littrow 外腔法压窄半导体激光器输出谱宽。Littrow 外腔系统中元件参数的选择直接影响大功率半导体激光器输出谱宽。为此文中沿入射光线方向构建外腔压窄模型,利用球面镜替代柱面镜,分析了微柱透镜阵列、光学系统和光栅元件对外腔输出谱宽的影响,模拟结果为微柱透镜阵列焦距越小、光栅刻线越密、球面镜焦距越大,外腔输出谱宽越窄,实验结果符合理论模型。     

KrF准分子激光泵浦H_2受激喇曼散射

利用KrF激光泵浦高压H_2,产生受激喇曼散射(SBS),得到时间宽被压缩的Stokes光和Anti-Stokes光,一阶Stokes光的发散角被压缩到泵浦光的1/3。研究了缓冲气体对Stokes光转换效率的影响。     

窄线宽1064 nm掺镱光纤激光器泵浦MgO:PPLN中红外光学参量振荡器研究

提出了一种基于1064 nm掺镱光纤激光器泵浦MgO:PPLN的3.83 μm中红外光学参量振荡器。基于单谐振光学参量振荡器的阈值理论和线宽压窄前后的光束能量集中性理论,分析了不同泵浦光束聚焦深度下,谐振腔内光束分布情况以及线宽调制前后能量的不同集中程度对阈值和光-光转换效率所产生的影响。通过采用单个光纤布拉格光栅的方式压窄了泵浦光线宽,对比分析了在不同占空比下,泵浦光线宽压窄前后对中红外光学参量振荡器输出特性的影响。当泵浦功率为18 W,脉冲激光占空比为0.2%,脉宽为100 ns,泵浦光线宽为2.5 nm时,MgO:PPLN中红外光学参量振荡器获得功率为1.42 W的3.83 μm激光输出,光-光转换效率为7.9%。将线宽压窄到0.1 nm后,脉宽为2 ns,MgO:PPLN中红外光学参量振荡器获得最高功率为1.98 W的3.83 μm激光输出,光-光转换效率为11%,光束质量M2=1.89;同时相比于线宽压窄前激光输出效率提高了39.2%。     

用于Rb蒸气激光泵浦的可调谐窄线宽半导体激光器

由于Rb蒸气的吸收峰随缓冲气体气压存在漂移,利用体布拉格光栅(VBG)实现线宽压窄的同时,实现泵浦半导体激光器中心波长的可调谐也是十分必要的。本文采用国内封装的半导体激光阵列(LDA),利用VBG的温度特性,实现了线宽不大于0.3nm的同时,激光器中心波长从779.89nm到780.35nm可调谐。该激光器可以通过叠阵方式用于Rb蒸气的泵浦和激励。     

基于光学混频的双波长红外信号

采用宽带宽的光脉冲在铷原子蒸汽中产生两个红外波段双波长的光信号,观察到两个红外光信号间存在竞争。研究了泵浦激光强度、光脉冲啁啾和铷原子数密度对两个红外光信号特性的影响。结果表明,两个红外光信号产生于两个耦合的参量六波混频过程;信号的强度随泵浦激光强度、光脉冲啁啾和铷原子数密度发生变化,两个波长红外光信号间的竞争主要由与铷原子数密度相关的相位匹配条件所决定。     

缓冲气体及温度对DPAL输出性能的影响

为进一步提高半导体激光泵浦碱金属蒸汽激光器输出功率,基于三能级速率方程的理论模型,对DPAL的运行进行了模拟,考虑泵浦光带宽,在纵向泵浦的情况下,对缓冲气体气压、增益池长度、温度等参量对激光器输出光强及光光效率的影响进行了计算机模拟,结果表明,一定泵浦光下光光效率随着乙烷气压和温度增加而增大,对一定氦气气压有最大值,模拟结果为实验研究提供了有益的参考。     

基于光学混频的双波长红外信号（英文）

采用宽带宽的光脉冲在铷原子蒸汽中产生两个红外波段双波长的光信号,观察到两个红外光信号间存在竞争。研究了泵浦激光强度、光脉冲啁啾和铷原子数密度对两个红外光信号特性的影响。结果表明,两个红外光信号产生于两个耦合的参量六波混频过程;信号的强度随泵浦激光强度、光脉冲啁啾和铷原子数密度发生变化,两个波长红外光信号间的竞争主要由与铷原子数密度相关的相位匹配条件所决定。     

Rb-H_2混合蒸气中5S_(1/2)→5P_(3/2)激光激发的速度选择布居与饱和效应

利用一步激发的饱和吸收光谱技术测量了激发态Rb(5P<,3/2)态的原子密度,室温下的Rb-H<,2混合蒸气被780nm激光激发,在激光线宽远小于Doppler线宽条件下,在激光功率40μW至5mw的范围内,测量了吸收系数,得到了5P<,3/2态的速度选择布居数密度.通过Rb空心阴极灯发出的5D→5P<,3/2窄谱线的吸收测量,也可以测得5P<,3/2态的原子密度,二种测量方法所得结果符合得很好.当氢气压为100Pa时,约8%基态原子被单模半导体激光器激发到5P<,3/2态.     

Experiments on a semiconductor laser pumped rubidium atomic clock

Experiments were carried out to evaluate the performances of a semiconductor laser pumped rubidium (⁸⁷Rb) atomic clock. Two kinds of Rb gas cells were used and their performances were compared [gas cell A (natural rubidium (⁸⁷Rb/⁸⁵Rb =frac{3}{7}) and buffer gases) and gas cell B (⁸⁷Rb and buffer gases)]. The highest microwave frequency stabilities were estimated as3.4 times 10^{-12} tau^{-1/2}and2.7 times 10^{-12} tau^{-1/2}at the optimal gas cell temperatures of 60°C and 48°C for the gas cellsAandB, respectively (τ: integration time). The light shift, i.e., microwave frequency shift induced by laser light, was measured as -0.50 Hz/MHz and -0.11 Hz/MHz for the gas cellsAandBat their optimal operating conditions given above. As an improved experiment by utilizing high temporal coherence of the laser, a novel double resonance spectral line shape with a drastically narrower linewidth was demonstrated. A technique, similar to FM laser spectroscopy, was employed for this purpose by utilizing laser FM sidebands which are induced by microwave frequency modulation and nonlinear susceptibility of three-level⁸⁷Rb atoms. The minimum linewidth obtained was 20 Hz, which can be used as a sensitive frequency discriminator for an improved⁸⁷Rb atomic clock.     

角抽运优化及辐射平衡激光器增益介质设计

角抽运能够避免使用抽运光高透激光高反的双色镜,并且对于低掺杂浓度的激光晶体仍然具有可以接受的吸收效率,因此该抽运方案适合辐射平衡激光器(RBL)较为苛刻的抽运要求.为确保抽运光不会从增益介质的角边泄漏,对角抽运方案中的晶体宽度给出了进一步的优化公式.在992.8 nm抽运光波长下,针对用于辐射平衡激光器的掺杂原子数分数为5%的Yb:KGW激光晶体,利用光线追迹法分别对不使用和使用高温熔合技术的两种角抽运设计方案进行了数值模拟计算.根据抽运吸收效率和均匀性等设计要求,两种角抽运方案中最佳入射角度均为45°,最佳抽运全反射次数值均为1,但是使用高温熔合技术比不使用该技术会使抽运效率提高约20%.     

多路激光体布喇格光栅光谱合成特性研究

为了研究多路激光体布喇格光栅光谱合成的合成特性,采用建立多路反射式体布喇格光栅光谱合成系统物理模型的方法,得到了具有不同谱宽的光束的衍射效率曲线,以及体布喇格光栅材料的吸收系数和通道间的串扰对总的合成效率的影响曲线。结果表明,在入射光束中心频率不变的情况下,随着光束光谱宽度的增大,衍射效率逐渐减小;随着光束中心频率与光栅中心频率之间偏移量的增加,衍射效率逐渐减小;当光束谱宽与光栅光谱选择宽度大约相等,并且通道之间的间距较小时,通道之间由于发生串扰而损失的衍射效率需考虑,随着合成路数的增加,总的合成效率受体布喇格光栅材料吸收系数的影响越来越大,而受串扰的影响则几乎保持不变。     

重复率YAG激光脉冲同步泵浦染料激光器

用热稳定腔主被动锁模重复率脉冲YAG激光器的倍频光,同步泵浦R6G染料激光器。获得平均功率14mW,单脉冲峰值功率大于5MW,单脉冲宽度28ps,脉冲列重复率为20pps。可调范围为555.0至586.5nm,谱线宽度约0.1nm,最窄谱宽为0.04nm,转换效率11％的可调谐激光。     

NH3的腔增强吸收光谱检测技术

为了研究腔增强吸收光谱技术是否能用于NH₃气体浓度的检测,采用扫描腔长的方法,以分布反馈式可调谐半导体激光器作光源,用两块高反射率平凹透镜（反射率约为99.9%,曲率半径约为1m）组成的光学谐振腔作吸收池,搭建腔增强吸收光谱装置。在34cm长的吸收池内测量NH₃气体分子在1.5μm附近的弱吸收谱线;通过不断增加NH₃气体浓度来改变腔内压强,每充入一次NH₃都测量并保存一次吸收光谱。通过数据处理,分析谱线宽度随气体浓度变化的关系以及吸收度随腔内压强增加的变化情况,发现都能呈现出良好的线性关系,并对残差噪声进行统计分析,得到了3.3×10-8cm-1的最小探测灵敏度。结果表明,高探测灵敏度的腔增强吸收光谱技术,可以实现NH₃气体浓度的测量,并能得到较好的探测精度。     

Properties of diode laser pumps for high-power solid-state lasers

Diode lasers used to pump high average power solid-state lasers typically have broad spectral width so that most of the pump light is not at the peak of the gain medium's absorption feature. However, the long absorption length in these lasers enables even weakly absorbed light to pump efficiently. The result is that high absorption efficiency and improved pump distribution uniformity are possible when using realistic pump diodes. In addition, both quantities are nearly independent of the pump center wavelength.     

Amplification line of 119 μm wavelength of methanol molecules at the presence of He buffer gas

The gain line shape of wevelength 119 um of the methanol molecule is measured at different He buffer gas pressure. The amplitude of the gain decreases and the linewidth increases with the increase of the buffer gas pressure. The rate of the increase of the width is 3MHz/torr.