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Y型腔正交偏振双频激光器及微力测量研究

Y型腔正交偏振双频激光器及微力测量研究

作者：傅杨颖国防科学技术大学

学位级别：硕士

双频激光器广泛应用于干涉和光学传感测量领域,其测量精度和量程决定于双频激光器频差稳定性以及频差输出范围。Y型腔正交偏振双频激光器具有零频差闭锁、频差输出范围大、高频差稳定性等潜在优势,有望在高速大量值以及精密测量中发挥... 详细信息

双频激光器广泛应用于干涉和光学传感测量领域,其测量精度和量程决定于双频激光器频差稳定性以及频差输出范围。Y型腔正交偏振双频激光器具有零频差闭锁、频差输出范围大、高频差稳定性等潜在优势,有望在高速大量值以及精密测量中发挥重要作用。本文主要研究一体化Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁、频差稳定性及其在微力测量中的应用。为进一步改善Y型腔正交偏振双频激光器性能,推进其在精密加速度、微力测量等领域的应用提供理论与实验依据。首先对影响Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差的因素进行了系统分析。理论分析了工作点、泵浦电流以及损耗等因素对激光器闭锁阈值频差影响,实验重点研究了泵浦电流和工作点对闭锁阈值频差影响。在电流允许范围内,激光器闭锁阈值频差随泵浦电流值增大而减小;工作点越靠近增益曲线中心,激光器闭锁阈值频差越小。泵浦电流大于2.2mA时,调节激光器公共腔长获得最佳工作点,激光器闭锁阈值频差可降至几MHz。系统研究了磁场抑制Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁问题。从磁光效应出发,理论分析了磁场抑制双频激光器频差闭锁原理。利用方体线圈产生均匀磁场,通过Ansoft Maxwell软件对方体线圈内磁场分布进行了仿真分析。对横向磁场抑制Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁效果进行了实验研究,结果表明,泵浦电流为1.8mA条件下,当磁场强度大于10mT时,激光器闭锁阈值频差可降至几十KHz,实现了激光器的零频差闭锁。对Y型腔正交偏振双频激光器频差稳定性进行了研究。理论与实验研究表明,环境气流、泵浦电流稳定性以及温度分布是影响双频激光器频差稳定性主要因素。激光器自身热源带来的两子腔温度梯度随机变化成为限制激光器频差稳定性提高的关键因素。利用Y型腔正交偏振双频激光器搭建了气体膜盒结构微力测量系统,开展了静态微力测量实验研究。采用大挠度下的集中力模型对微力测量原理进行了理论推导,通过实验对微力测量系统性能进行了分析。实验表明,当力值小于7mN时,激光器输出频差变化量与待测力间成线性关系,比例因子为1.23842×10Hz/N;待测力大于7mN后,激光器频差变化量发生非线性变化。激光器频差漂移及待测力作用点成为影响微力测量系统精度的主要因素。

关键词：一体化Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁频差稳定性微力测量

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双纵模He-Ne激光器的多普勒测速系统

红外与激光工程 2013年第4期42卷 921-924页

作者：刘长青聂晓明傅杨颖周健湖南文理学院物理与电子科学学院湖南常德415000 国防科学技术大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

为了进行高速及超高速测量,提出了一种基于双纵模He-Ne激光器的多普勒测速结构。阐述了双纵模激光多普勒测速的基本原理,设计了系统的光路结构,并运用数字滤波、数字自相关技术对多普勒信号进行处理。理论分析与实验结果表明:双纵模激... 详细信息

为了进行高速及超高速测量,提出了一种基于双纵模He-Ne激光器的多普勒测速结构。阐述了双纵模激光多普勒测速的基本原理,设计了系统的光路结构,并运用数字滤波、数字自相关技术对多普勒信号进行处理。理论分析与实验结果表明:双纵模激光多普勒测速系统利用相邻两个纵模的拍频作为基频大大减小了比例因子,解决了系统进行高速及超高速测量的难题;数字滤波去除直流基底和部分噪声;自相关技术进一步抑制噪声,提高了信噪比,便于精确提取多普勒频率。测量了高速转盘上待测点切向运动的速度,测量结果的重复性精度优于0.8%。

关键词：激光多普勒测速仪双纵模高速比例因子数字自相关

Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差影响因素研究

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中国激光 2015年第10期42卷 1-7页

作者：傅杨颖肖光宗龚梦帆陈鑫麟张斌国防科学技术大学光电科学与工程学院

针对自主研制的Y型腔正交偏振He-Ne双频激光器,利用Lamb半经典理论分析抽运电流、工作点和谐振腔损耗等因素对闭锁阈值频差的影响规律。搭建了Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差测量系统,从实验上开展对双频激光器闭锁阈值频差影响... 详细信息

针对自主研制的Y型腔正交偏振He-Ne双频激光器,利用Lamb半经典理论分析抽运电流、工作点和谐振腔损耗等因素对闭锁阈值频差的影响规律。搭建了Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差测量系统,从实验上开展对双频激光器闭锁阈值频差影响因素研究。通过改变抽运电流值和公共腔镜上压电陶瓷电压研究抽运电流和工作点对激光器闭锁阈值频差影响。实验结果表明,激光器闭锁阈值频差随抽运电流值增加而减小,工作点越靠近增益曲线中心,激光器闭锁阈值频差越小。当激光器抽运电流值大于2.2 m A时,调节公共腔压电陶瓷电压至最佳工作点处,激光器闭锁阈值频差可降至几兆赫兹甚至更低。

关键词：激光器 Y型腔闭锁阈值频差抽运电流工作点

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激光回馈传感应用研究进展

激光与光电子学进展 2015年第6期52卷 1-9页

作者：傅杨颖肖光宗张斌国防科学技术大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

介绍了激光回馈的概念及其两种主要的理论研究模型:三镜腔模型和注入锁定模型。激光回馈干涉仪相位灵敏度与传统双光束干涉仪相当,且具有结构简单、紧凑、易准直、对激光器无特殊要求等突出优势。重点介绍了激光回馈干涉仪在位移、速度... 详细信息

介绍了激光回馈的概念及其两种主要的理论研究模型:三镜腔模型和注入锁定模型。激光回馈干涉仪相位灵敏度与传统双光束干涉仪相当,且具有结构简单、紧凑、易准直、对激光器无特殊要求等突出优势。重点介绍了激光回馈干涉仪在位移、速度等参量测量及生物传感领域的发展应用。当被测表面为漫反射表面时,散斑的存在将导致自混合信号的振幅衰减,并引入随机相位误差。总结了自混合干涉系统中的散斑效应及改良技术手段,介绍了散斑效应在传感测量领域的发展应用。

关键词：测量传感测量激光回馈自混合干涉位移测量速度测量散斑效应

一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的基本特性研究

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激光与光电子学进展 2015年第12期52卷 129-134页

作者：龚梦帆肖光宗傅杨颖张斌国防科学技术大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

为了提高Y型腔正交偏振氦氖激光器的输出光特性,对激光器的腔体结构、增益区光路以及偏振分光片的加工工艺进行改进,研制出了新型一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器。介绍了该激光器的基本结构和工作原理,实验测试了激光器的输出光模式、... 详细信息

为了提高Y型腔正交偏振氦氖激光器的输出光特性,对激光器的腔体结构、增益区光路以及偏振分光片的加工工艺进行改进,研制出了新型一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器。介绍了该激光器的基本结构和工作原理,实验测试了激光器的输出光模式、输出光功率、频差闭锁特性和频差稳定性。与先前分立式结构的Y型腔正交偏振激光器相比较,详细分析了改进后的激光器的优势,特别指出了其在频差稳定性方面的提升。实验结果表明,利用一体化Y型腔结构可以实现激光器的频率分裂;通过调节P子腔反射镜上压电陶瓷的电压,可以线性调节激光器的输出频差;相比于分立式Y型腔激光器,一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的输出光功率提高至647μW,频差闭锁阈值降低至12 MHz,频差范围提高至12~1038 MHz,频差稳定性提高至1.2×105Hz。

关键词：激光器正交偏振激光器频率分裂频差稳定性

抑制Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁及失谐磁场结构设计

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激光与光电子学进展 2016年第3期53卷 143-147页

作者：傅杨颖肖光宗龚梦帆张斌国防科学技术大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

利用磁场抑制双频激光器频差闭锁,对激光器增益介质区施加横向交互磁场抑制激光器频差失谐的方法对磁场源提出要求。以方体线圈产生磁场,理论分析其磁场分布及均匀磁场产生的条件。利用Ansoft Maxwell软件仿真分析方体线圈磁场分布,仿... 详细信息

利用磁场抑制双频激光器频差闭锁,对激光器增益介质区施加横向交互磁场抑制激光器频差失谐的方法对磁场源提出要求。以方体线圈产生磁场,理论分析其磁场分布及均匀磁场产生的条件。利用Ansoft Maxwell软件仿真分析方体线圈磁场分布,仿真结果与理论相吻合。方体线圈可在较大范围内产生高均匀度的磁场,满足抑制频差闭锁及失谐中对磁场的要求。较之Helmholtz线圈,方体线圈产生磁场在均匀度和均匀场区体积两方面具有明显优势。

关键词：激光器闭锁失谐方体线圈均匀磁场

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利用真空电子器件产生THz技术的发展

红外 2012年第9期33卷 1-5,22页

作者：傅杨颖国防科学技术大学光电科学与工程学院湖南长沙410073

THz波技术在生物医学、材料科学、天文学和军事通信等方面都具有广泛的应用前景。介绍了几种能够产生THz波的真空电子器件的工作机理及其在发展过程中遇到的瓶颈问题,并得出了利用真空电子器件产生THz波的各种优势。介绍了国内外各种太... 详细信息

THz波技术在生物医学、材料科学、天文学和军事通信等方面都具有广泛的应用前景。介绍了几种能够产生THz波的真空电子器件的工作机理及其在发展过程中遇到的瓶颈问题,并得出了利用真空电子器件产生THz波的各种优势。介绍了国内外各种太赫兹真空电子器件研究的技术水平及应用现状,并对用真空电子器件产生THz波的技术进行了展望。

关键词： THz 真空电子器件综述

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利用真空电子器件产生THz技术的发展

空间电子技术 2012年第4期9卷 35-40页

作者：傅杨颖国防科学技术大学光电科学与工程学院长沙410073

THz波技术在生物医学、材料科学、天文学、军事通信等各方面都具有广泛的应用前景。文章介绍了几种能够产生THz的真空电子器件的工作机理及其在发展过程中遇到的瓶颈问题,得出了利用真空电子器件产生THz波的各种优势,介绍了国内外各种... 详细信息

THz波技术在生物医学、材料科学、天文学、军事通信等各方面都具有广泛的应用前景。文章介绍了几种能够产生THz的真空电子器件的工作机理及其在发展过程中遇到的瓶颈问题,得出了利用真空电子器件产生THz波的各种优势,介绍了国内外各种太赫兹真空电子器件研究的技术水平及应用现状,同时对真空电子器件产生THz波技术进行了展望。

关键词： THz 真空电子器件射频击穿综述

Intrinsic transverse relaxation mechanisms of polarized alkali atoms enclosed in radio-frequency magnetometer cell

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Chinese Physics B 2019年第9期28卷 385-390页

作者： Yang-Ying Fu Jie Yuan College of Advanced Interdisciplinary Studies National University of Defense Technology

The intrinsic transverse relaxation mechanisms of polarized alkali atoms enclosed in the radio-frequency magnetometer cell are *** intrinsic transverse relaxation rate of cesium atoms as a function of cell temperature is *** absorption of alkali atoms by the glass wall and the reservoir effect are the main error factors which contribute to the disagreements between theory and experiments.A modified relaxation model is presented, in which both the absorption of alkali atoms by the glass wall and the reservoir effect are *** study provides a more accurate description of the intrinsic transverse relaxation mechanisms of polarized alkali atoms, and enlightens the optimization of the cell design.

关键词： intrinsic transverse relaxation modified relaxation model absorption of alkali atoms reservoir effect