删除或更新信息，请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)

基于光学参量振荡器的可调谐红外激光的强度噪声特性

本站小编 Free考研考试/2021-12-29
摘要:红外激光光源在微量气体、高分辨率光谱分析和量子光学研究等领域具有重要的应用. 本文利用锁定单共振光学参量振荡器内腔标准具的方案获得了无跳模连续调谐的红外激光输出, 理论和实验研究了红外激光的强度噪声特性, 分析了影响强度噪声的因素. 通过控制非线性晶体的温度和标准具调制信号实现了对红外激光强度噪声的抑制. 当控制非线性晶体工作温度为60 ℃, 内腔标准具调制信号为8 kHz时, 单共振光学参量振荡器输出信号光和闲置光的强度噪声分别降低了11和8 dB.
关键词: 单共振光学参量振荡器/
无跳模/
连续调谐红外激光/
强度噪声

English Abstract


全文HTML

--> --> -->
1.引　言
连续波可调谐红外激光光源在实时微量气体检测与分析、高分辨率光谱分析、大气监测和量子光学研究等领域具有重要的应用[1-4]. 在上述应用中, 红外激光光源要保证高功率、无跳模连续调谐、单频稳定运转的特性, 特别是在量子光学的实验研究中, 还要求红外激光光源的强度噪声尽可能接近散粒噪声基准(shot noise level, SNL)[5-7]. 红外激光光源的额外噪声是限制制备的量子光源量子特性提高的重要因素之一[8,9], 因而对其噪声特性的研究非常有必要.
利用单共振光学参量振荡器(singly resonant optical parametric oscillator, SRO)可获得高功率连续波可调谐红外激光[10-12]. 通过在SRO腔内插入标准具, 可实现输出红外激光的无跳模运转[13]. 1996年, Bosenberg等[13]采用在环形腔结构SRO腔内插入标准具的方法, 分别获得了1.6和3.55 W可调谐信号光(波长调谐范围: 1.45—1.60 μm)和闲置光(波长调谐范围: 3.95 —3.25 μm)红外激光输出, 但波长并不能实现连续调谐. 通过将共振光锁定到参考腔, 将抽运调谐与温度调谐相结合等方案可实现无跳模连续可调谐[14-16]. 2010年, Vainio等[14]利用体布拉格光栅作为SRO腔的输出耦合镜, 通过控制光栅的温度和调谐抽运光波长实现了无跳模调谐40 GHz的闲置光输出[14]. 2011年, Andrieux等[15]将SRO腔的输出信号光锁定在共焦法布里-珀罗干涉仪的共振频率上, 并通过抽运光调谐实现了无跳模调谐500 GHz的闲置光输出[15]. 2012年, Hong等[16]利用光纤激光器抽运的SRO, 通过在SRO腔内插入两片未镀膜的熔融石英标准具来确保SRO输出信号光的波长不变, 通过抽运光调谐和温度调谐获得了无跳模调谐900 GHz的闲置光输出. 而红外激光更宽范围的调谐受限于抽运光的调谐范围, 也会出现跳模现象. 对于输出红外激光噪声特性的研究, 早在1998年, Turnbull等[17]在理论上计算得到了SRO腔内信号光光子寿命越长, 输出信号光的功率起伏就越小的结论. 2012年, Sabouri等[18]理论和实验研究了SRO的抽运功率与输出光功率起伏的关系, 实验测量了闲置光场时域内功率起伏随抽运功率的变化. 文献[15]将信号光锁定在共焦法布里-珀罗干涉仪的共振频率上并测量了输出信号光的噪声, 在0—100 Hz的频率范围内噪声得到一定的抑制. 2014年, Mieth等[19]利用边带锁频技术锁定SRO实现了0—100 Hz的频率范围内噪声的抑制.
本文首先利用锁定SRO内腔标准具的方案获得了无跳模连续宽带调谐的红外激光输出, 然后在理论和实验上研究了红外激光的强度噪声特性, 分析了影响强度噪声的因素, 最后通过控制非线性晶体的温度和标准具调制信号实现了红外激光强度噪声的抑制, 优化了红外激光光源的输出性能, 为后续量子光学研究提供了优质光源.
2.理论分析
采用半经典理论研究SRO输出红外激光的强度噪声特性[20,21], 理论模型如图1所示. 频率为ωp的抽运光单次穿过二阶非线性晶体(本文采用掺氧化镁的周期极化铌酸锂晶体, 简记为MgO: PPLN), 经过频率下转换过程产生频率为ωs的信号光和ωi的闲置光. 信号光在SRO腔内共振, 闲置光单次穿过晶体后直接输出.
图 1 SRO的理论模型
Figure1. Theoretical model of SRO.

在平面波近似、小信号增益的条件下, SRO内腔场的运动方程如下[21]:
$\left\{ \begin{aligned} & \tau {{\dot \alpha }_{\rm{s}}} \!+\! \gamma {\alpha _{\rm{s}}} \!=\! 2\chi {\alpha _{\rm{p}}}\alpha _{\rm{i}}^* \!+\! \sqrt {2{\gamma _{\rm{s}}}} {\alpha _{{\rm{s}},{\rm{in}}}} \!+\! \sqrt {2{\mu _{\rm{s}}}} {\beta _{{\rm{s}},{\rm{in}}}}, \\& {\alpha _{\rm{p}}} = {\alpha _{{\rm{p}},{\rm{in}}}} - \chi {\alpha _{\rm{s}}}{\alpha _{\rm{i}}}, ~~ {\alpha _{\rm{i}}} = \chi \alpha _{\rm{s}}^*{\alpha _{\rm{p}}},\end{aligned} \right.$
其中, ${\alpha _{\rm{p}}}$, ${\alpha _{\rm{s}}}$和${\alpha _{\rm{i}}}$分别表示SRO腔内晶体中心处的抽运场、信号场和闲置场; ${\alpha _{{\rm{p}}, {\rm{in}}}}$为入射的抽运场, ${\alpha _{{\rm{s}}, {\rm{in}}}}$为信号光从输出耦合镜耦合处引入的真空场, ${\beta _{{\rm{s}}, {\rm{in}}}}$为其他损耗引入的真空场; $\tau $为信号光在腔内循环一周的时间; ${\gamma _{\rm{s}}}$为与输出耦合镜透射率有关的损耗, ${\gamma }_{\rm{s}}=t_{\rm{s}}^{2}/2$; ts为信号光输出耦合镜的透射率;${\mu _{\rm{s}}}$为与其他腔镜的透射率以及晶体的吸收等有关的损耗, 定义内腔总损耗γ = γs + μs; $\chi $为二阶非线性晶体的耦合系数.
为了研究输出信号光和闲置光场的噪声特性, 采用算符线性化的方法将光场写为其平均值与起伏之和: ${\alpha _j} \!=\! {\bar \alpha _j} \!+\! \text{δ} {\alpha _j}\!\;\left( j={\rm{p}}, {\rm{s}}, {\rm{i}} \right)$. 定义$\sigma\! =\!{{{{\bar{\alpha }}}_{{\rm{p}}, {\rm{in}}}}}/{{{{\bar{\alpha }}}_{{\rm{p}}, {\rm{th}}}}}$为抽运参数, ${\bar \alpha _{{\rm{p}}, {\rm{in}}}}, {\bar \alpha _{{\rm{p}}, {\rm{th}}}}$分别为输入抽运光场的平均值以及SRO的抽运阈值. 根据光场的平均值运动方程, 可求得${\bar \alpha _{{\rm{p}}, {\rm{th}}}} = {{\sqrt \gamma } / {\sqrt 2 \chi }}$. 由此可写出信号光和闲置光内腔场的起伏方程如下:
$\left\{ \begin{aligned}& \tau \text{δ} {{\dot \alpha }_{\rm{s}}} + \gamma \text{δ} {\alpha _{\rm{s}}} = \frac{{\sqrt {2\gamma (\sigma - 1)} }}{\sigma }(\text{δ} \alpha _{{\rm{p}},{\rm{in}}}^* + \text{δ} {\alpha _{{\rm{p}},{\rm{in}}}}) \\& \quad\quad\quad\quad\;\;\quad\quad+ \sqrt {2{\gamma _{\rm{s}}}} \text{δ} {\alpha _{{\rm{s}},{\rm{in}}}} + \sqrt {2{\mu _{\rm{s}}}} \text{δ} {\beta _{{\rm{s}},{\rm{in}}}}, \\& \sigma \text{δ} {\alpha _{\rm{i}}} = \sqrt {(\sigma - 1)} \text{δ} {\alpha _{{\rm{p}},{\rm{in}}}} - \sqrt {\frac{\gamma }{2}} (\sigma - 1)\text{δ} {\alpha _{\rm{s}}} \\&\quad\quad\quad + \sqrt {\frac{\gamma }{2}} \text{δ} \alpha _{_{\rm{s}}}^ * .\end{aligned} \right.$
定义光场的正交振幅和正交相位分量分别为
$\begin{array}{*{20}{c}}\begin{aligned}& {p_j} = \text{δ} {\alpha _j} + \text{δ} \alpha _j^*, \\& {q_j} = - {\mathop{\rm i}\nolimits} (\text{δ} {\alpha _j} - \text{δ} \alpha _j^*),\end{aligned}&~~{\left( {j = {\rm{ p}},{\rm{ s}},{\rm{ i}}} \right).}\end{array}$
利用傅里叶变换将方程(2)变换到频域空间以研究光场在分析频率为ω时的起伏特性, 取方程的复共轭并求和, 可得到内腔场信号光和闲置光的正交振幅分量为
$\left\{ \begin{aligned}& {p_{\rm{s}}}\left( \omega \right) = \frac1{{{\omega ^2}{\tau ^2} + {\gamma ^2}}} \bigg[\frac{{2\gamma \sqrt {2\gamma (\sigma - 1)} }}{\sigma }{p_{{\rm{p}},{\rm{in}}}}\left( \omega \right) \\& \quad\qquad + \gamma \sqrt {2{\gamma _{\rm{s}}}} {p_{{\alpha _{{\rm{s}},{\rm{in}}}}}}\left( \omega \right) + \gamma \sqrt {2{\mu _{\rm{s}}}} {p_{{\beta _{{\rm{s}},{\rm{in}}}}}}\left( \omega \right) \\& \quad\qquad + {{\omega \tau \sqrt {2{\gamma _{\rm{s}}}} {q_{{\alpha _{{\rm{s}},{\rm{in}}}}}}(\omega ) + \omega \tau \sqrt {2{\mu _{\rm{s}}}} {q_{{\beta _{{\rm{s}},{\rm{in}}}}}}(\omega )}} \bigg], \\ & {p_{\rm{i}}}\left( \omega \right) = \frac{{\sqrt {(\sigma - 1)} }}{\sigma }{p_{{\rm{p}},{\rm{in}}}}\left( \omega \right) \!-\! \frac{{\sqrt \gamma }}{{\sigma \sqrt 2 }}(\sigma - 2){p_{\rm{s}}}\left( \omega \right). \end{aligned} \right.$
根据输入输出场的关系:
$\left\{ \begin{aligned} & {p_{{\rm{s}},{\rm{out}}}} = \sqrt {2{\gamma _{\rm{s}}}} {p_{\rm{s}}} - {p_{{\alpha _{{\rm{s}},{\rm{in}}}}}}, \\ & {p_{{\rm{i}},{\rm{out}}}} = \sqrt {2{\gamma _{\rm{i}}}} {p_{\rm{i}}},\end{aligned} \right.$
其中, ${\gamma _{\rm{i}}}$为与输出耦合镜的透射率有关的损耗, ${{\gamma }_{\rm{i}}}={t_{\rm{i}}^{2}}/2$, ti为闲置光输出耦合镜的透射率.
将方程(4)代入方程(5), 可得到输出信号光和闲置光的强度噪声起伏为
$\left\{ \begin{aligned}& {S_{\rm{s}}}\left( \omega \right) = \big\langle {{{\left| {{p_{{\rm{s}},{\rm{out}}}}} \right|}^2}} \big\rangle = 1 + \frac{{16{\gamma ^3}{\gamma _{\rm{s}}}(\sigma - 1)}}{{{\sigma ^2}{{({\omega ^2}{\tau ^2} + {\gamma ^2})}^2}}}{S_{\rm{p}}}\left( \omega \right), \\ & {S_{\rm{i}}}\left( \omega \right) = \big\langle {{{\left| {{p_{{\rm{i}},{\rm{out}}}}} \right|}^2}} \big\rangle = \frac{{\gamma {{(2 - \sigma )}^2}}}{{2{\sigma ^2}{\gamma _{\rm{s}}}}} \\ &\quad + \frac{{(\sigma \!-\! 1)\big[ {{\sigma ^2}{{({\omega ^2}{\tau ^2} + {\gamma ^2})}^2} \!+\! 4{\gamma ^4}{{(2 - \sigma )}^2}} \big]}}{{{\sigma ^4}{{({\omega ^2}{\tau ^2} + {\gamma ^2})}^2}}}{S_{\rm{p}}}\left( \omega \right),\end{aligned} \right.$
其中, ${S_{\rm{p}}}(\omega)$为抽运光的强度噪声. 由于输入场${p_{{\alpha _{{\rm{s}}, {\rm{in}}}}}}(\omega )$, ${q_{{\alpha _{{\rm{s}}, {\rm{in}}}}}}(\omega)$, ${p_{{\beta _{{\rm{s}}, {\rm{in}}}}}}(\omega)$和${q_{{\beta _{{\rm{s}}, {\rm{in}}}}}}(\omega)$均为真空场, 所以起伏均为1.
通过调节SRO腔内插入标准具的角度以及MgO:PPLN晶体的温度可以优化输出信号光场和闲置光场的强度噪声起伏特性. MgO:PPLN晶体通光方向的长度为$ l_{\rm c} $, 折射率为nc. 当调节晶体的温度时, 根据经验公式, 折射率会随着晶体温度的变化而发生变化[22], 光在晶体内走过的光程也发生了变化, 光程${l}'_{\rm{c}} = \left( {{n_{\rm{c}}}\left( T \right) - 1} \right){l_{\rm{c}}}$. 在SRO腔内插入标准具并锁定后可获得无跳模调谐的红外激光输出, 标准具厚度为le, 折射率为ne. 在锁定标准具的过程中, 加入调制幅度为A、调制频率为Ω的正弦调制信号控制标准具的角度变化[23]. 和标准具相连接的电机旋转所需电压与标准具角度的对应关系为1 V/1°, 因此标准具的角度随着加载在电机上的调制信号的变化即为AsinΩt. 标准具的角度发生变化后, 光在标准具内走过的光程发生了变化, 光程$l'_{\rm{e}}={l_{\rm e}}/\sqrt{1-n^2_{\rm e}\sin^2({A\sin\varOmega t})}$. 信号光在腔内循环一周的时间$\tau = {{\left( {l + {l}'_{\rm{c}} + {l}'_{\rm{e}}} \right)} / c}$, l为不包含晶体和标准具的SRO空腔腔长. 因此从方程(6)可以看出, 通过控制MgO:PPLN晶体的温度、标准具的调制频率Ω均可以实现SRO输出信号光场和闲置光场强度噪声的优化.
3.实验装置
利用SRO产生连续宽带调谐红外激光的实验装置如图2所示.
图 2 利用光学参量振荡器产生连续宽带调谐红外激光的实验装置
Figure2. Experimental setup for generation of broad band tunable infrared laser by singly resonant optical parametric oscillator.

抽运激光光源为自制的连续单频Nd:YVO4激光器, 输出波长为1064 nm, 输出功率为30 W. 输出激光经过半波片(half-wave-plate, HWP)和光隔离器(optical isolator, OI)以防止反射光影响激光器的运转. HWP2控制抽运光进入SRO腔的偏振方向. L1为模式匹配透镜. SRO腔设计为四镜环形腔结构, 由两个凹面镜和两个平面镜组成. 凹面镜M1和M2的曲率半径均为100 mm, 镀有入射角度为8°时的抽运光和闲置光增透膜 (T1.06 μm&3.3 μm > 95%)、信号光高反膜 (R1.5 μm > 99.8%). 平面镜M3镀有信号光高反膜 (R1.5 μm > 99.8%). 平面镜M4镀有信号光部分反射膜 (T1.5 μm为1.5%), 作为信号光的输出耦合镜. 平面镜M3背面粘有压电陶瓷传感器(piezoelectric transducer, PZT), 通过给PZT施加电压来控制SRO的腔长. 二阶非线性晶体采用的是掺杂浓度为5%的MgO: PPLN晶体, 其尺寸为1 mm (T) × 10 mm (W) × 30 mm (L), 实验中所用的极化周期为30.6 μm, 晶体的双端端面均镀有抽运光、信号光和闲置光减反膜(R1.5 μm < 0.5%, R1.06 μm&3.3 μm < 2%). MgO: PPLN晶体被置于控温炉中, 与控制精度为0.01 ℃的温度控制仪相连接以实现晶体温度的精确控制.
在SRO腔内插入并锁定标准具实现了连续无跳模宽调谐的红外激光输出. 标准具尺寸为2 mm (T) × 5 mm (W) × 1 mm (L), 材质为铌酸锂电光晶体. 将标准具粘在振镜电机(galvanometer scanner, GS)上, 通过在GS上加载电压实现对标准具角度的控制. 信号光通过输出耦合镜M4输出, 再经过高反镜M5反射后, 通过半波片和偏振分束器的大部分功率的光被反射进入功率计测量其功率, 一小部分光透射后输入自零拍探测系统测量其强度噪声, 自零拍探测系统由半波片、偏振分束器和两个光电探测器(photo diode, PD)组成. 进入PD1和PD2的光转化为电流, 交流部分输入加减法器进行和差, 并通过频谱分析仪(spectrum analyzer, SA)对和、差光电流噪声功率谱进行测量, 输出光电流的和与差分别代表信号光的强度噪声和相对应的SNL. 锁相放大器(lock-in amplifier, LA)输出幅度为mV量级的正弦信号加载在GS上作为调制信号, PD1输出光电流的直流部分进入LA进行解调后得到误差信号. 误差信号通过比例积分微分控制器(proportional integral differentiator, PID)后和调制信号以及一个直流偏置信号(direct current, DC)经自制的加法器(+)相加输出后加载到GS上, 用于控制和锁定标准具的入射角. PD2输出光电流的直流部分进入LA进行解调后得到误差信号, 经过PID和高压放大器(high voltage, HV)加载到PZT上, 用于控制和锁定SRO的腔长.
闲置光场通过平凹镜M2输出后, 经过双色镜M6将剩余抽运光反射, 闲置光透射. 由于光学元件, 如半波片、偏振分束镜等材料, 对闲置光波段3 μm附近有强的吸收, 所以很难制作, 因此采用光电探测器直接测量闲置光的强度噪声.
4.实验结果及分析
首先, 将内腔标准具锁定到SRO的振荡频率上, 以实现无跳模连续宽调谐的红外激光输出. 为了获得高参量转化效率, 设计SRO抽运光和信号光的聚焦因子均为1, 优化SRO光学腔长为562 mm, 腔内振荡信号光的腰斑为60 μm时, 能确保高抽运功率下SRO能够高效稳定输出. 实验测量得到SRO的阈值功率为7.3 W. 当抽运功率为22 W时, 输出的信号光和闲置光的功率分别为4.1和2.3 W, 光光转化效率为29%, 斜效率为42.6%. 抽运消耗为61%. 通过改变MgO:PPLN晶体的温度从20 ℃到70 ℃, 信号光的波长调谐范围为1551.9—1568.6 nm, 闲置光的波长调谐范围为3307.3—3384.3 nm, 信号光和闲置光的调谐范围均可达到2063.7 GHz.
由于在研究SRO输出红外激光的强度噪声特性时, 抽运激光的噪声是一个重要参数, 所以实验测量1064 nm抽运激光的强度噪声, 结果如图3所示. 曲线(i)为SNL, 曲线(ii)为输入SRO腔之前抽运激光的噪声, 在分析频率为7 MHz后达到SNL. 曲线(iii)为单次穿过SRO腔之后抽运激光的噪声, 在分析频率为7 MHz后达到SNL, 当分析频率为300 kHz—5 MHz时, 强度噪声得到了抑制, 这是由于SRO腔对抽运光的强度噪声也有一定的过滤能力.
图 3 1064 nm抽运激光的强度噪声谱
Figure3. Intensity noise power spectra of pump light of SRO at 1064 nm.

然后, 理论和实验研究了SRO输出红外激光的强度噪声特性随着非线性晶体温度的变化趋势(图4). 图4中实线为理论计算的强度噪声随着晶体温度的变化, 点为实验数据. 图4(a)为输出信号光的强度噪声特性, 图4(b)为输出闲置光的强度噪声特性. 图4中理论计算所采用的参数如下: 非线性晶体的长度为30 mm, SRO空腔的长度为546 mm, SRO的抽运功率为22 W, 抽运阈值为7.3 W, 信号光输出耦合镜透射率为1.5%, 其余内腔损耗为0.5%, 所采用的抽运激光的强度噪声为实验测得的SRO腔前的抽运激光的强度噪声数据, 即图3中曲线(ii). 理论计算和实验数据基本吻合. 由图4(a)可以看出, 当晶体温度从20 ℃变化到60 ℃时, 信号光的强度噪声逐渐降低. 图4(a)中不同的线表示不同分析频率处的强度噪声变化情况. 在分析频率为300 kHz—1.5 MHz的范围内, 信号光的强度噪声随晶体温度变化明显. 当晶体温度从20 ℃升高至60 ℃时, 在分析频率为300 kHz处, 信号光强度噪声降低约6 dB. 由图4(b)可以看出, 当晶体温度从20 ℃变化到60 ℃时, 闲置光的强度噪声也逐渐降低, 但其显著变化的频率范围较小. 图4(b)中不同的线表示不同分析频率处的强度噪声变化情况. 在分析频率为300 kHz—800 kHz的范围内, 闲置光的强度噪声随晶体温度变化明显. 当晶体温度从20 ℃升高至60 ℃时, 在分析频率为300 kHz处, 闲置光强度噪声降低约5 dB. 即使通过非线性晶体的温度可以实现SRO输出的信号光和闲置光强度噪声的优化, 但其仍高于SNL. 图4中强度噪声为归一化处理的结果, 因此0点处即代表SNL. 在调节温度优化输出红外激光强度噪声的过程中, 输出激光的波长也会随温度发生变化.
图 4 SRO输出光的归一化强度噪声谱随着晶体温度的变化　(a)信号光的归一化强度噪声功率谱; (b)闲置光的归一化强度噪声功率谱
Figure4. Normalized intensity noise power spectra of output light of SRO vs. temperature of the crystal: (a) Normalized intensity noise power spectra of the signal; (b) normalized intensity noise power spectra of the idler.

在优化非线性晶体温度的基础上, 通过优化标准具的调制信号频率进一步降低输出红外激光的强度噪声. 图5显示了SRO输出红外激光的强度噪声特性随着标准具调制信号频率的变化趋势. 图5(a)和图5(b)分别给出了理论计算和实验测量的输出信号光的强度噪声特性, 图5(c)和图5(d)分别给出了理论计算和实验测量的输出闲置光的强度噪声特性. 图5中理论计算所采用的参数与图4中所采用的参数相同, 晶体温度为60 ℃. 由图5可以看出, 当增大标准具的调制信号频率时, 信号光和闲置光的强度噪声均会得到抑制, 但显著下降的频率范围不同, 闲置光的范围较小. 图5中不同的线表示随着标准具调制信号的频率变化SRO输出强度的噪声变化情况. 由图5(b)可以看出, 在分析频率为300 kHz—1.0 MHz的范围内, 信号光的强度噪声随标准具的调制信号变化明显. 当分析频率为300 kHz, 标准具的调制信号从2 kHz变化至8 kHz时, 信号光强度噪声降低约5 dB. 由图5(d)可以看出, 当标准具的调制信号从2 kHz变化至8 kHz时, 闲置光的强度噪声也逐渐降低, 但其显著变化的频率范围较小, 分析频率范围约为300—700 kHz. 当分析频率为300 kHz, 标准具的调制信号从2 kHz变化至8 kHz时, 闲置光强度噪声降低约3 dB. 图5中强度噪声为归一化处理的结果, 0点处即代表SNL. 当调制信号从2 kHz变化至8 kHz时, 标准具的角度随之从0.17°变化至0.49°, 该实验过程中未观察到明显的走离效应, SRO运转稳定.
图 5 SRO输出光的归一化强度噪声谱随着标准具调制频率的变化　(a), (b)信号光的归一化强度噪声功率谱的理论和实验值; (c), (d)闲置光的归一化强度噪声功率谱的理论和实验值
Figure5. Normalized intensity noise power spectra of output light of SRO vs. modulation frequency of the etalon: (a) and (b) Theoretical and experimental data of normalized intensity noise power spectra of the signal, respectively; (c) and (d) theoretical and experimental data of normalized intensity noise power spectra of the idler, respectively.

尽管通过控制SRO非线性晶体的温度、标准具的调制频率实现了其输出红外激光强度噪声的抑制, 在分析频率为300 kHz处, 信号光的强度噪声降低了11 dB, 闲置光的强度噪声降低了8 dB, 但其强度噪声仍高于SNL. 这可能是受到了SRO抽运光引入的额外噪声的影响. 为了实现红外激光光源在量子光学实验上的更好的应用, 需要进一步采用模式清洁器、光电反馈等技术以抑制其强度噪声, 使之达到SNL.
5.结　论
利用锁定SRO内腔标准具的方案实现了无跳模连续宽调谐的红外激光输出, 信号光和闲置光的调谐范围均可达到2063.7 GHz. 信号光的波长调谐范围为1551.9—1568.6 nm, 闲置光的波长调谐范围为3307.3—3384.3 nm. 在理论和实验上研究了红外激光的强度噪声特性, 通过控制非线性晶体的温度和标准具调制信号可以实现红外激光强度噪声的抑制. 当控制非线性晶体工作温度为60 ℃, 内腔标准具调制信号为8 kHz时, SRO输出信号光和闲置光的强度噪声分别降低了11和8 dB. 下一步将通过模式清洁器过滤抽运光的额外噪声, 并利用光电反馈技术将输出信号光和闲置光的强度噪声在更低的分析频率范围内进行抑制, 为后续量子光学实验提供更优质的红外激光光源.
相关话题/信号 激光 实验 控制 光学
  • 领限时大额优惠券,享本站正版考研考试资料!
    大额优惠券
    优惠券领取后72小时内有效，10万种最新考研考试考证类电子打印资料任你选。涵盖全国500余所院校考研专业课、200多种职业资格考试、1100多种经典教材，产品类型包含电子书、题库、全套资料以及视频，无论您是考研复习、考证刷题，还是考前冲刺等，不同类型的产品可满足您学习上的不同需求。 ...
    考试优惠券 本站小编 Free壹佰分学习网 2022-09-19
  • 爆轰加载下高纯铜界面Rayleigh-Taylor不稳定性实验研究
    摘要:金属界面不稳定性是内爆物理压缩过程中关注的重要问题,与传统流体界面不稳定性具有显著区别.由于相关理论和实验诊断技术的限制,目前该问题的研究还明显不足.为加深对金属界面不稳定性扰动增长行为的认识,本文建立了爆轰加载下高纯铜界面Rayleigh-Taylor不稳定性研究的实验诊断技术和数据处理方法 ...
    中科院物理研究所 本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 极化电场对可激发介质中螺旋波的控制
    摘要:螺旋波在不同的物理、化学和生物系统中普遍存在.周期外场,比如极化电场,尤其是具有旋转对称性的圆极化电场可对螺旋波动力学产生重要影响.本文综述了极化电场对可激发介质中螺旋波的控制,包括共振漂移、同步、手征对称性破缺、多臂螺旋波的稳定、次激发介质中的螺旋波、三维回卷波湍流态的控制、心脏组织中螺旋波 ...
    中科院物理研究所 本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 激光等离子体去除微纳颗粒的热力学研究
    摘要:微杂质污染一直是影响精密器件制造质量和使用寿命的关键因素之一.对于微纳米杂质颗粒用传统的清洗方式(超声清洗等)难以去除,而激光等离子体冲击波具有高压特性,可以实现纳米量级杂质颗粒的去除,具有很大的应用潜力.本文主要研究了激光等离子体去除微纳米颗粒过程中的热力学效应:实验研究了激光等离子体在不同 ...
    中科院物理研究所 本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 钛宝石飞秒激光器中孤子分子的内部动态探测
    摘要:孤子是自然界中一种基本的非线性波动传递形式,孤子间的相互作用能够映射出复杂非线性系统的多体动力学过程,具有重要的基础研究价值.被动锁模激光器是研究孤子相互作用的理想平台.光孤子之间的吸引、排斥作用能够形成孤子分子,而时间拉伸色散傅里叶变换(TS-DFT)技术使得实时探测孤子分子动力学成为可能. ...
    中科院物理研究所 本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>衬底无催化剂生长GaN纳米线及其光学性能
    摘要:采用一种绿色的等离子增强化学气相沉积法,以Al2O3为衬底,Ga金属为镓源,N2为氮源,在不采用催化剂的情况下,成功制备获得了结晶质量良好的GaN纳米线.研究表明,生长温度可显著调控GaN纳米线的形貌,当反应温度为950℃时,生长出的GaN微米片为六边形;当反应温度为1000℃时,生长出了长度 ...
    中科院物理研究所 本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 利用双色激光场下阈上电离谱鉴别<inline-formula><tex-math id="Z-20200330052025-1">\begin{docum
    摘要:我们最近证明,利用红外和深紫外双色激光场,SF6分子的结构信息可以通过其电离谱上的相干条纹获得[arXiv,1912.08499(2019)].在本文中,我们利用该方法考察了两种不同几何结构的分子离子$mH_3^{2+}$在激光场中的直接阈上电离(ATI)过程.通过与单色激光场中电离谱的比 ...
    中科院物理研究所 本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 基于连续量子级联激光器的1103.4 cm<sup>–1</sup>处NH<sub>3</sub>混叠吸收光谱特性研究
    摘要:由于NH3在大气气溶胶化学中具有重要作用,所以快速和精确反演NH3浓度对环境问题非常重要.本文以9.05μm的室温连续量子级联激光器(quantumcascadelaser,QCL)作为光源,采用波长扫描直接吸收可调谐二极管激光吸收光谱(tunablediodelaserabsorptions ...
    中科院物理研究所 本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 激光强度依赖的阈下谐波产生机制
    摘要:利用广义伪谱方法精确数值求解了氢原子在强激光场中的三维含时薛定谔方程,获得了强激光中氢原子的含时波函数,利用时间依赖的偶极矩的傅里叶变换得到了高次谐波谱,研究了氢原子在强激光场中发射低于电离阈值的谐波谱对激光强度的依赖性.研究发现,激光强度在低于电离阈值的谐波产生的通道选择的过程中扮演着重要角 ...
    中科院物理研究所 本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列的热特性
    摘要:液晶与垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs)阵列结合可实现波长可调谐、偏振精确控制等,同时液晶的引入也会改变垂直腔面发射半导体激光器阵列的热特性,本文设计了表面液晶-垂直腔面发射激光器阵列结构,并开展了阵列的热特性实验研究.对比分析了向列相液晶层对VCSEL阵列热特性的影响,实验结果表明,1 ...
    中科院物理研究所 本站小编 Free考研考试 2021-12-29
  • 纳米流体液滴内的光驱流动实验及其解析解
    摘要:在光透过性的流体介质中添加具有高光响应特性的纳米颗粒,可以形成光驱动纳米流体,实现对光能的高效利用.本文针对光驱纳米流体流动行为开展实验观察和理论分析研究,这是实现光驱纳米流动精确调控的理论基础.首先利用粒子图像测速技术对液滴中直径为300nm的Fe3O4颗粒在不同光源照射下受Marangon ...
    中科院物理研究所 本站小编 Free考研考试 2021-12-29

Free考研考试FreeKaoYan.Com
欢迎来到Free考研考试，"为实现人生的Free而奋斗"

© 2020 FreeKaoYan! . All rights reserved.