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中国激光 1995年第6期22卷 408-410页

作者：周风晴陈清明卢宏冯功和华中理工大学激光技术国家重点实验室

报道了一种成功地在横向磁场约束的直流辉光放电激励横向流动ＣＯ２激光器上输出千瓦级基模光束的七折腔的结构、参数及实验结果，并对其进行了讨论。

关键词：光学谐振腔基模二氧化碳激光器激光器

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基于微管腔的光纤激光盐度传感研究

光电子．激光 2022年第1期33卷 1-8页

作者：沈亮江俊峰王双张建德杨宁刘铁根天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072 天津市光纤传感工程中心天津大学光纤传感研究所天津300072 山东航天电子技术研究所山东烟台264000

基于光学无源方案的光纤盐度传感器中光与物质的相互作用长度受限,且通常需要单独的流体通道设计,增加了检测复杂度,为此提出了一种基于薄壁微管腔和环腔结构的光纤激光盐度传感器。将薄壁微管腔作为盐度敏感单元和光滤波器,与掺铒光纤... 详细信息

基于光学无源方案的光纤盐度传感器中光与物质的相互作用长度受限,且通常需要单独的流体通道设计,增加了检测复杂度,为此提出了一种基于薄壁微管腔和环腔结构的光纤激光盐度传感器。将薄壁微管腔作为盐度敏感单元和光滤波器,与掺铒光纤相接构成光纤环形谐振腔。通过拉锥光纤耦合在薄壁微管腔激发出回音壁谐振模,其中心波长与盐度线性对应,实现薄壁微管腔内溶液盐度的传感测量。与无增益的微管腔透射谱相比,激光可以提供具有更高信噪比和更窄线宽的传感信号。实验结果表明,在0‰—45‰盐度范围内,提出的光纤激光盐度传感器的传感灵敏度为36.5 pm/‰,线性度达到0.99924,盐度测量误差小于±0.751 3‰,最小探测极限为0.485 5‰,且不需要额外的流体测量通道,有望成为海洋盐度探测的有力工具。

关键词：光纤传感器光学谐振腔回音壁模式海水盐度

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腔增强热里德堡原子光谱

物理学报 2023年

作者：王勤霞王志辉刘岩鑫管世军何军张鹏飞李刚张天才极端光学省部共建协同创新中心山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室山西大学

高精度里德堡原子光谱在研究里德堡原子间相互作用、里德堡能级结构、电磁场的精密测量等方面具有重要的应用价值，里德堡原子光谱对比度、信噪比的提高和线宽的压窄是获得高灵敏测量的基础。本文从理论和实验上研究了腔增强的里德堡原... 详细信息

高精度里德堡原子光谱在研究里德堡原子间相互作用、里德堡能级结构、电磁场的精密测量等方面具有重要的应用价值，里德堡原子光谱对比度、信噪比的提高和线宽的压窄是获得高灵敏测量的基础。本文从理论和实验上研究了腔增强的里德堡原子光谱，与自由空间的光谱相比实现了光谱线宽不变情况下11.5倍的光谱对比度和信噪比的提高。其原因是在双光子共振处产生的电磁诱导透明和光抽运效应会导致腔内原子对探测光吸收的减弱，提高了光学腔的阻抗匹配效率，从而使进入腔内的光强增加，因此提高了里德堡原子光谱的对比度和信噪比，提高的倍数取决于探测光穿过原子的透射率。预期通过优化铯原子温度，光谱的对比度和信噪比能够提高23倍。这项工作为提高里德堡原子光谱的对比度和基于里德堡原子的精密测量灵敏度供了参考。

关键词：里德堡原子光学谐振腔铯原子气室阻抗匹配

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紧凑型光纤腔磁传感器研究与设计

国外电子测量技术 2023年第5期42卷 113-118页

作者：戎佳敏邢国徽邢恩博王德勇中北大学半导体与物理学院太原030051 中北大学仪器与电子学院太原030051

利用光学精密检测手段,结合高灵敏紧凑型光纤腔磁敏感单元,从理论和实验两方面研究了微弱磁信号敏感的传感系统。开发了紧凑型光纤腔磁敏感单元的制备工艺,长度为3 m的单模光纤紧凑绕制在直径为3 cm的超磁致伸缩材料Terfenol-D(Tb0.3Dy0... 详细信息

利用光学精密检测手段,结合高灵敏紧凑型光纤腔磁敏感单元,从理论和实验两方面研究了微弱磁信号敏感的传感系统。开发了紧凑型光纤腔磁敏感单元的制备工艺,长度为3 m的单模光纤紧凑绕制在直径为3 cm的超磁致伸缩材料Terfenol-D(Tb0.3Dy0.7Fe1.95)结构上。利用质量因子为1.9×10^(7)提升检测灵敏度,多圈绕制有利于外部磁扰动导致的光纤腔形变放大,而外部磁扰动导致Terfenol-D径向方向的伸缩,进而引起光纤腔长和共振频率的改变。实验结果表明,在158 mT的静磁增强下,直流磁场传感灵敏度为6.9 MHz/mT,交流磁场传感灵敏度为27.74 kHz/μT,系统本征噪声为623.298 nT/Hz1/2@100 kHz。所提出的磁传感方案,及制备的传感系统在微弱信号的测试领域具有广阔的应用前景。

关键词：光学谐振腔磁力计光纤传感

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结构改进的厘米尺寸谐振腔的磁场传感特性

物理学报 2021年第16期70卷 16-22页

作者：于长秋马世昌陈志远项晨晨李海周铁军杭州电子科技大学电子信息学院杭州310018

基于光力谐振腔的磁力仪在应用时主要受限于灵敏度和检测带宽两个指标.本文设计了一种厘米尺寸的回音壁模式谐振腔结构,可探测6 Hz至1 MHz频率范围内的交变磁场,在无磁屏蔽、室温环境下、无直流偏置磁场时,其最佳灵敏度在123.8 kHz可达5... 详细信息

基于光力谐振腔的磁力仪在应用时主要受限于灵敏度和检测带宽两个指标.本文设计了一种厘米尺寸的回音壁模式谐振腔结构,可探测6 Hz至1 MHz频率范围内的交变磁场,在无磁屏蔽、室温环境下、无直流偏置磁场时,其最佳灵敏度在123.8 kHz可达530 pT·Hz^(-1/2),探测带宽和最佳灵敏度分别为同尺寸谐振腔的11倍和1.67倍.该磁场传感器仅需100μW的光功率,功耗很低.后续通过优化系统噪声、提升器件磁场响应能力等手段可进一步提升其传感性能,有望在电力系统故障监测和医学诊断等领域发挥其应用潜力.

关键词：磁场传感光学谐振腔回音壁模式

回音壁模式氟化钙晶体谐振腔的压力调谐特性研究

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回音壁模式氟化钙晶体谐振腔的压力调谐特性研究

作者：吉瑞璞中北大学

学位级别：硕士

回音壁模式谐振腔因其高品质因子和小体积,在光学通信、传感、激光器和量子光学等领域中得到了广泛的应用。而随着微纳光学技术的发展,谐振腔调谐技术也已经成为实现微纳光学器件中光场调控的重要手段。回音壁模式谐振腔的谐振频率精确... 详细信息

回音壁模式谐振腔因其高品质因子和小体积,在光学通信、传感、激光器和量子光学等领域中得到了广泛的应用。而随着微纳光学技术的发展,谐振腔调谐技术也已经成为实现微纳光学器件中光场调控的重要手段。回音壁模式谐振腔的谐振频率精确调谐对于其诸多的应用至关重要,是许多技术和研究的基础。本文讨论了晶体谐振腔的调谐技术。在现有的调谐方法中,虽然热光调谐适用于各种材料和形状的WGM谐振腔,但响应速度较慢。基于Pockels效应的电光调谐速度较快,但仅适用于具有反演对称性的晶体,氟化物晶体并不能够采用这种方法。压力调谐适用于各种材料的WGM谐振腔,但在氟化物晶体谐振腔中需要考虑折射率变化对调谐系数的影响。因此本文以压力调谐为基础,针对氟化物晶体谐振腔的调谐技术,具体开展了以下工作:本文研究了以氟化钙晶体材料为对象的多种波导结构的晶体谐振腔的理论分析方法,并从形变效应与弹光诱导的折射率变化两个角度,分析了其在压力调谐过程中的作用。通过有限元仿真,计算出了氟化钙晶体谐振腔的型变量以及应力分布,通过压力调谐的相关理论模型计算出了氟化钙晶体谐振腔的压力调谐系数,分别是TM模式873.8MHz/MPa,以及TE模式1038.1 MHz/MPa。通过实验验证了理论计算的结论,明确了晶体的折射率变化在晶体谐振腔的压力调谐过程中需要纳入考虑范围。通过实验测量得出了谐振腔的压力调谐系数,并发现实验与理论吻合较好,其测量值为TM模式下888.2 MHz/MPa以及TE模式下1114.6MHz/MPa。实现的调谐范围为分别为939 MHz以及1286 MHz,实验测量表明在压力调谐的过程中,晶体谐振腔的Q值并未出现降低,实验所使用的谐振腔的最大承压能力不低于4.9 MPa。本文基于所提出的压力调谐系统,设计了磁调谐系统,并成功测量了压力调谐系统的频率响应范围,实验证明压力调谐的最大响应频率为1.2MHz。同时,所提出的磁调谐系统有进一步的应用价值,可以实现非接触式的压力调谐以及磁传感器。

关键词：回音壁模式光学谐振腔压力调谐

光腔衰荡法在半导体材料特性测量中的应用研究

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光腔衰荡法在半导体材料特性测量中的应用研究

作者：魏晨阳西安工业大学

学位级别：硕士

微电子、光电子技术的快速发展,对半导体器件的集成度及光电器件的性能提出了更高的要求。而器件性能与半导体材料的掺杂和输运特性等密切相关,半导体材料的特性分析需要通过精密检测有关参数来获得。常用的接触测量法虽然精度较高,但... 详细信息

微电子、光电子技术的快速发展,对半导体器件的集成度及光电器件的性能提出了更高的要求。而器件性能与半导体材料的掺杂和输运特性等密切相关,半导体材料的特性分析需要通过精密检测有关参数来获得。常用的接触测量法虽然精度较高,但对器件有一定的损伤性,传统光学法易受探测光源波动和噪声影响,检测灵敏度和精度较低,难以满足半导体材料特性参数精确检测的需求。考虑到光腔衰荡法对腔内介质吸收损耗有极高的测量灵敏度,结合半导体材料的吸收特性,有望应用于半导体材料特性参数的测试研究中,这对于拓宽半导体材料检测方式和提高检测精度具有重要的指导意义。本文围绕光腔衰荡法在半导体材料特性测量中的应用开展研究,主要研究内容如下:首先,从光束传输特征矩阵出发,建立了空腔和测试腔的光学谐振腔理论模型,推导了半导体材料掺杂浓度和电阻率的计算公式,建立了对称共焦腔和一般稳定腔下样品失调误差模型。仿真分析了加入样品前后的腔信号特性,包括腔透射率、腔透射信号、腔衰荡信号以及腔衰荡时间常数,分析了腔结构参数和样品特性参数对腔内信号特性的影响,最后分别对两种谐振腔下样品失调引起的光束偏移进行了研究。其次,针对传统半导体硅片材料特性测量问题,研究了基于光腔衰荡法的测量方案。根据谐振腔稳定条件和仿真结果计算了测量系统的关键参数,确定了谐振腔结构参数和样品基本特性参数。根据系统的性能要求进行了器件选型,搭建了光腔衰荡测量系统,获得了腔衰荡信号。然后,利用统计分析法对腔衰荡信号进行处理,提高了数据处理的效率和精度。拟合出不同腔长下空腔和测试腔的腔衰荡时间常数,得到了空腔的腔损耗和腔镜反射率值,腔镜反射率测量值与出厂值基本一致,证实了测量系统的可靠性。进一步计算得到了不同腔长下不同样品厚度的掺杂浓度和电阻率值,并进行了误差分析。最后,对半导体材料的输运特性进行了探索研究,根据载流子的产生与复合理论,结合载流子输运方程,推导了一维和三维情况下过剩载流子浓度的解析表达式,得到了载流子输运参数与腔衰荡信号的函数关系。仿真分析了载流子输运参数和激励光波长等参数对腔衰荡信号的影响,从理论上证实了该技术在半导体材料输运特性研究方面的潜力。

关键词：光学谐振腔光腔衰荡法掺杂浓度载流子输运特性

不同振荡放大比MOPA型化学激光器的数值模拟

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物理学报 2013年第7期62卷 225-230页

作者：郭建增刘铁根牛志峰任晓明天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072 中国船舶重工集团公司第七一八研究所邯郸056027

主振功率放大型装置在高能激光器中有着广泛的应用,在增益体积和沿光轴方向增益长度一定的情况下,为了得到高能化学激光器主振部分和放大级部分的最佳比例,研究了不同振荡放大比对输出光束的近场强度以及最终输出功率的影响.使用快速傅... 详细信息

主振功率放大型装置在高能激光器中有着广泛的应用,在增益体积和沿光轴方向增益长度一定的情况下,为了得到高能化学激光器主振部分和放大级部分的最佳比例,研究了不同振荡放大比对输出光束的近场强度以及最终输出功率的影响.使用快速傅里叶变换的算法经过迭代计算得到了1:4,1:1,2:1三种振荡放大比情况下的近场光束强度分布,并计算了其强度分布均匀性及最终输出功率情况.计算结果表明:采用MOPA结构的氟化氘化学激光器,振荡放大比越大,主振荡部分输出的能量越高,谐振腔内功率密度越大,对腔内镜片的承受能力要求越高;而振荡放大比越小最终输出光束的衍射放大效应越明显,对光束质量越不利.在本文条件下,计算结果还表明,振荡放大比对功率会产生影响,存在一个最佳的比例使得输出功率最大.振荡放大比对输出功率的影响随主振部分输出耦合率,光路中的各种损耗,增益的规模等多种参数的不同而变化,工程运用中可根据具体参数进行计算.

关键词：主振功率放大光学谐振腔近场强度光束质量

基于十字连通形环形谐振腔金属-介质-金属波导的折射率传感器和滤波器

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物理学报 2018年第19期67卷 262-268页

作者：祁云平张雪伟周培阳胡兵兵王向贤西北师范大学物理与电子工程学院甘肃省智能信息技术与应用工程研究中心兰州730070 兰州理工大学理学院兰州730050

提出了由十字连通形环形谐振腔耦合两个金属-介质-金属(metal-insulator-metal, MIM)波导的结构,并用有限元法数值研究了表面等离极化激元在结构中的传输特性.通过对透射谱的研究,系统地分析了MIM结构的传感特性.结果表明,在透射光谱中... 详细信息

提出了由十字连通形环形谐振腔耦合两个金属-介质-金属(metal-insulator-metal, MIM)波导的结构,并用有限元法数值研究了表面等离极化激元在结构中的传输特性.通过对透射谱的研究,系统地分析了MIM结构的传感特性.结果表明,在透射光谱中有三个共振峰,即存在三种共振模式,其中透射峰与材料的折射率呈线性关系.通过对结构参数的优化,得到了折射率灵敏度(S)高达1500 nm/RIU的理论值,相应的传感分辨率为1.33×10^(-4)RIU.更重要的是,灵敏度不受结构参数变化的影响,这意味着传感器的灵敏度不受制造偏差的影响.此外,谐振波长与环形腔中心半径成线性关系,该器件在较大波长范围内实现可调谐带通滤波.透射强度随着波导与环形腔间距的增大而减小,透射带宽同时减小,因此,可以通过控制环形腔与波导的耦合距离来调谐透射强度及透射带宽.研究结果对高灵敏度纳米级折射率传感器和带通滤波器的设计以及在生物传感器方面的应用都具有一定的指导意义.

关键词：表面等离极化激元折射率传感器金属-介质-金属波导光学谐振腔

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大功率高亮度固体激光腔的选择

强激光与粒子束 2003年第5期15卷 424-426页

作者：张光寅焦志勇颜彩繁张晓华南开大学物理科学学院光子学中心天津300071

　分析了大功率激光器可供选择的几种腔型的动力稳定区。并对最近报道的两种固体激光腔型进行了评价,指出了存在的问题,提出采用小曲率半径的凹面镜和一凸面镜构成谐振腔是设计大功率高亮度固体激光器的较好方案。

关键词：大功率固体激光器光学谐振腔光束质量动力稳定区