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物理学报 2013年第20期62卷 236-243页

作者：胡淼张慧张飞刘晨曦徐国蕊邓晶黄前锋杭州电子科技大学通信工程学院杭州310018

研究了激光二极管端面抽运的双纵模双频微片激光器的热效应对其输出频谱的影响.通过对端面抽运Nd:YVO4微片的热传导方程求解得出晶体内部的温度场分布;并进一步对微片晶体热致折射率变化进行分析,由此计算出双频微片激光器的热致频谱变... 详细信息

研究了激光二极管端面抽运的双纵模双频微片激光器的热效应对其输出频谱的影响.通过对端面抽运Nd:YVO4微片的热传导方程求解得出晶体内部的温度场分布;并进一步对微片晶体热致折射率变化进行分析,由此计算出双频微片激光器的热致频谱变化.实验结果表明:当抽运功率较小时得到稳定的双纵模双频激光输出;当抽运功率增大时,晶体热效应使双频激光频谱双峰之间的频差减小,各纵模波长频谱宽度加宽,实验结果与理论分析相符合.

关键词：光载无线通信双频微片激光器热效应频率差

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双频微片激光器的研究进展

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光通信技术 2013年第5期37卷 40-42页

作者：孙伟瑄张慧中南大学信息科学与工程学院长沙410075 杭州电子科技大学通信工程学院杭州310018

介绍了双频微片激光器的原理与国内外各种双频微片激光器的研究成果及其在精密测量中的应用,尤其是LD泵浦的双频微片激光器。分析了影响双频微片激光器产生大频差的因素,并展望了双频微片激光器今后的发展趋势。

关键词：双频微片激光器谐振腔频率分裂 Nd YAG 大频差

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双频微片激光器模式竞争及功率均衡机制研究

双频微片激光器模式竞争及功率均衡机制研究

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作者：孙骁杭州电子科技大学

学位级别：硕士

激光二极管(LD)抽运的微片激光器具有体积小、结构简单、性能稳定、光束质量好及使用寿命长的特点,因而其在科学研究、工业生产、光学医疗、国防建设以及光生毫米波等众多方面有着巨大的应用价值与应用前景。在无线通信领域,随着无线电... 详细信息

激光二极管(LD)抽运的微片激光器具有体积小、结构简单、性能稳定、光束质量好及使用寿命长的特点,因而其在科学研究、工业生产、光学医疗、国防建设以及光生毫米波等众多方面有着巨大的应用价值与应用前景。在无线通信领域,随着无线电频谱的日益紧张,对更高波段的毫米波频谱的应用为人们所关注并提上了议事日程。利用双频微片激光器的双频激光输出作为毫米波信号源的方法相对来说简单而有效,因而各国科学家对双频激光器的研究展现了良好的兴趣。为了对可用于光生毫米波的双频微片激光器进行更好的研究,本论文主要对双频微片激光器的双频激光的模式竞争和功率均衡等方面进行理论与实验分析,具体包括如下几个方面的内容:(1)对激光器的发展特别是微片激光器的发展进行了简要的概述,介绍了近些年来连续抽运以及短脉冲微片激光器的研究成果,并对微片激光器的主要应用场景进行了概况。(2)简单阐述了双频微片激光器的原理及优点,对Nd:YVO4晶体的特性进行了详细的介绍。此外,对双频微片激光器的三能级、四能级速率方程进行推导,并且由此引出了双频微片激光器的工作特性的分析。(3)研究了双频Nd:YVO4微片激光器输出的两个模式之间的竞争效应,确定了在不同反射率输出镜的双频激光腔内的自饱和与交叉饱和系数。待定自饱和、交叉饱和系数建立耦合速率方程,仿真获得不同反射率情况下相对功率曲线。实验中,改变激光器的腔参数获得双频激光的输出功率图谱,与仿真相对功率曲线对比确定自饱和、交叉饱和系数。实验结果表明,在反射率分别为86%、81%和61%时,对应自饱和系数分别为0.68、0.66和0.52。即输出镜反射率较小时模式竞争较大,这为定量的描述模式竞争提供了依据。此外,为获得交叉频差双频激光输出,应该使用反射率高的输出镜。(4)根据微片激光器工作温度与增益介质发射频谱的谐振波长之间的关系,研究了双频Nd:YVO4微片激光器的功率均衡机制。在实验过程当中,通过温控调节微片激光器的热沉温度改变了激光器中模式竞争的大小,得到了双频激光中心波长变化及功率比的变化关系,并进一步实现了双频激光的相对功率可调。实验结果表明:当微片激光器热沉温度从2.5°C上升到35°C左右时,稳定输出的双频激光信号的中心波长由短波方向逐渐向长波方向漂移,并且双频激光功率差值呈现了一个大—小—大的变化过程。当激光器热沉温度在13°C左右时,双频激光的功率达到均衡,此时双频激光的功率积也很大,特别适用于作为光生毫米波的光源系统。

关键词：双频微片激光器光生毫米波速率方程模式竞争功率均衡

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双频微片激光器功率均衡放大机制

双频微片激光器功率均衡放大机制

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作者：韦勉杭州电子科技大学

学位级别：硕士

伴随着爆炸式的信息增长,面对人类日益增长的信息交互需求,通信行业一直致力于寻找新的信息载体,以缓解现如今电磁频谱资源稀缺所带来的压力。向高频进军一直都是业界关注的重点方向。近年来涌现的4G无线通信系统以及其他无线产品大规... 详细信息

伴随着爆炸式的信息增长,面对人类日益增长的信息交互需求,通信行业一直致力于寻找新的信息载体,以缓解现如今电磁频谱资源稀缺所带来的压力。向高频进军一直都是业界关注的重点方向。近年来涌现的4G无线通信系统以及其他无线产品大规模应用,使得吉赫兹分米波频段资源变得更为紧张。光载无线通信技术(ROF)以及光生毫米波技术的不断发展,使得对毫米波频段的资源利用成为了一项热门的课题。在光生毫米波技术的众多实验手段中,光外差拍频是一种简单易行的实现方法。双频微片激光器作为一种能够输出高相干度、大频差双频激光的优质激光源,是光外差拍频系统的一个重要组成部分。光外差拍频技术的特点,要求双频激光器能够输出功率均衡,高输出功率的双频激光,本文的内容便围绕这两个议题展开:(1)对毫米波波段以及相关技术背景与前景作了介绍;简要叙述了光生毫米波的几种实现方法,对双频激光光外差拍频法原理的优势进行了说明;之后对微片激光器及MOPA放大系统的近年来研究成果进行了概述。(2)围绕激光原理以及微片激光器的架构分析了4Nd:YVO四能级系统的速率方程、增益系数曲线、增益饱和及双频振荡等内容;基于4Nd:YVO材料的热力学特性,对微片激光器的输出纵模调谐性能做了理论研究。(3)对4Nd:YVO放大器的二级放大机制进行了研究。针对放大器的小信号增益特性、饱和增益特性、放大器结构选择、泵浦光与输入信号光的匹配进行了分析。理论分析结果说明,行波单通二级级联的放大器结构相比双通放大结构,在增益效率、热管理、输出光束质量上具备更大的优势。针对输入信号光和放大器泵浦光之间的光束匹配,以及输入信号光与放大器增益曲线的频谱匹配,进行了理论推导与阐述。(4)搭建MOPA实验装置,引入具备优良冷却性能的TEC温控系统以及透镜组,通过温度调谐与泵浦光束聚焦,获得了良好的频率匹配与光束匹配。当谐振腔温度Tc稳定在16℃时,实现了双频功率均衡的放大激光,总功率为16.1W,双纵模功率比为0.98,频差为53.2GHz,光束质量因数2M=1.20。

关键词：功率均衡 MOPA系统双频微片激光器端面泵浦二级放大

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基于ANSYS的双频微片激光器热传导仿真研究

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光通信技术 2017年第2期41卷 42-45页

作者：庄正胡淼汪延安戴荣李齐良周雪芳魏一振卢旸杭州电子科技大学通信工程学院杭州310018 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

通过实验分析双频微片激光器的热致波长偏移,并结合ANSYS有限元对增益介质内部温度分布的模拟仿真,获得了双频微片激光器增益介质的热传导理论模型。模型表明,双频微片激光器工作时热传导系数是一不受温度影响的固定值,其大小影响增益... 详细信息

通过实验分析双频微片激光器的热致波长偏移,并结合ANSYS有限元对增益介质内部温度分布的模拟仿真,获得了双频微片激光器增益介质的热传导理论模型。模型表明,双频微片激光器工作时热传导系数是一不受温度影响的固定值,其大小影响增益介质的散热性能;选定合适的热传导方式能获得良好的散热效果,但存在散热极限。

关键词：双频微片激光器热传导系数有限元分析

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预泵浦Cr，Nd：YAG双频微片激光器研究

预泵浦Cr，Nd：YAG双频微片激光器研究

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作者：安汝德杭州电子科技大学

学位级别：硕士

激光二极管(LD)抽运的微片激光器具有结构紧凑简单、性能稳定、寿命长、效率高和易于单纵模输出等优点，在精密测量、激光雷达、光通信、非线性光学和光生微波等方面有巨大的应用前景。而且LD抽运的双频微片激光器具有体积小、结构紧凑... 详细信息

激光二极管(LD)抽运的微片激光器具有结构紧凑简单、性能稳定、寿命长、效率高和易于单纵模输出等优点，在精密测量、激光雷达、光通信、非线性光学和光生微波等方面有巨大的应用前景。而且LD抽运的双频微片激光器具有体积小、结构紧凑、频差大、频差稳定性高和可调谐性等优点而备受关注。为了获得可用于光生微波源的双频微片激光器，本文对Cr,Nd:YAG自调Q微片激光器的Q脉冲输出的稳定性和可控性，进行了理论和实验上的研究，取得了以下成果： (1)建立了比较完整的被动调Q耦合速率方程理论模型，通过对理论模型的数值模拟和实验的分析，得出连续抽运的输出脉冲重复性比较差，输出脉冲形状的抖动性很大，而预抽运调制不但能够实现输出脉冲的重复频率的可控性，而且输出脉冲重复性比较好。得到了输出脉宽为10ns，输出脉冲的能量12μJ，峰值功率1200W，重复频率为4KHz的稳定单脉冲输出。 (2)根据预抽运调制的机理改进和完善了被动调Q耦合速率方程理论模型，通过对理论模型的数值模拟和实验分析了连续抽运速率、脉冲抽运速率和脉宽各个参数之间的关系和对激光器输出时间特性的影响。 (3)创新性的提出了利用Cr, Nd:YAG晶体的各向异性实现了激光器的双频输出，得到了波峰中心波长在1064.40nm和1064.66nm的正交偏振的激光双频输出，波长差为0.26nm，对应频差为69GHz。并且利用微调LD和激光器谐振腔的温度，实现了正交偏振的激光模式输出的同步性。利用相同原理实现了26.5GHz光频差，并实现了拍频微波信号。

关键词：被动调Q 抽运速率预抽运双频微片激光器正交偏振

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LD抽运的双频微片激光器的频谱研究

LD抽运的双频微片激光器的频谱研究

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作者：张慧杭州电子科技大学

学位级别：硕士

激光二极管（LD）抽运的微片激光器具备构造简洁，可靠性高、使用寿命长、性能稳定、转换效率高等特点，在空间光通信、激光雷达、精密测量、非线性光学、光学医疗和光生微波毫米波等众多领域有巨大的应用价值。而且LD抽运的双频微片激... 详细信息

激光二极管（LD）抽运的微片激光器具备构造简洁，可靠性高、使用寿命长、性能稳定、转换效率高等特点，在空间光通信、激光雷达、精密测量、非线性光学、光学医疗和光生微波毫米波等众多领域有巨大的应用价值。而且LD抽运的双频微片激光器，基于其具备低阈值、频率差大、转换效率高、可调谐双波长等优点，对大频差、超大频差的双频微片激光器的发展提供了有利的条件，在ROF系统、网络通信系统和激光精密测量系统中有着很好的应用前景。因此近年来LD抽运双频微片激光器成为大频差及超大频差双频激光的研究热点。为了获得可用于光生微波毫米波源的稳定的双频微片激光，本论文主要对双频微片激光器输出的激光光谱特性进行理论和实验分析，具体包括以下几方面内容：（1）对双频微片激光器发展简要概述，介绍了近些年国内外LD抽运的双频微片激光器的研究成果，并介绍了双频微片激光器在实际中的应用及未来的发展趋势。（2）分析了LD抽运的双频微片激光器的基本理论，通过分析四能级双频微片激光系统的速率方程，对LD抽运双频微片激光器的工作特性进行理论分析及研究。（3）建立了一种产生双纵模的双频微片激光器模型，理论分析了微片激光器纵模生成的原理，并通过实验实现了微片激光器的双频双纵模的输出。试验中通过调节抽运电流的大小使频差在一定范围内变化；抽运电流为14.5A时，得到了频差为85GHz的稳定的双频激光输出，频差随着电流的增加逐渐减小，抽运电流为19.5A时，输出频差为53GHz。（4）研究了LD端面抽运的双纵模双频微片激光器的热效应对输出激光频谱的影响。通过分析端面抽运的微片激光Nd:YVO4的热传导方程，逐步求解出激光晶体内部不同位置处的温度场分布；并进一步深入分析微片晶体热效应对晶体折射率的影响，最后计算出双频微片激光器的频谱随热效应的变化规律。实验结果表明，当抽运源抽运功率较小时，输出的双纵模双频激光是稳定可控的；当抽运功率逐渐增大时，晶体热效应使输出双频频谱两峰值之间的频率间隔减小，但每个波长的频谱宽度加宽，实验结果与理论分析相符合。（5）提出了双频脉冲微片激光器驰豫振荡耦合速率方程的理论模型。通过理论模拟分析，微片的自饱和系数和交叉饱和系数比为0.7:0.3时，两个偏振模之间的耦合比较强烈，是一个反向弛豫振荡的结果，两个偏振的驰豫振荡波形峰值相互交错，波峰不同步。同时，微片增益曲线和谐振波长的改变影响相对增益和偏振模，可以进一步使激光脉冲达到同步。最后本章通过理论分析设定实验装置，实现了稳定的双频脉冲产生，双频间隔为86GHz，时间抖动小于10ns，能被用来作为拍频信号的输入源。

关键词：双频微片激光器 LD抽运热效应 Nd:YVO4 光生毫米波

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Nd∶YVO_4双频微片激光器的模式竞争研究

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中国激光 2015年第7期42卷 55-60页

作者：胡淼孙骁李齐良周雪芳应娜魏一振卢旸杨国伟郑尧元韦勉杭州电子科技大学通信工程学院浙江杭州310018 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

研究了双纵模双频微片激光器两模式之间的竞争效应,确定了在具有不同反射率输出镜的双频激光器腔内,模式之间的自饱和与交叉饱和系数的量值。在研究过程中,待定自饱和系数β与交叉饱和系数θ,建立双频微片激光器的耦合速率方程,仿真获... 详细信息

研究了双纵模双频微片激光器两模式之间的竞争效应,确定了在具有不同反射率输出镜的双频激光器腔内,模式之间的自饱和与交叉饱和系数的量值。在研究过程中,待定自饱和系数β与交叉饱和系数θ,建立双频微片激光器的耦合速率方程,仿真获得具有不同反射率输出镜的双频激光器输出相对功率并绘制其包络曲线。在实验中,通过改变激光器的腔参数获得双频激光的输出功率图谱,对比仿真得到的功率包络曲线来确定自饱和系数和交叉饱和系数。结果表明,当输出镜反射率分别为86%,81%,61%时,对应的自饱和系数分别约为0.68,0.66,0.52。即当双频激光腔输出镜反射率较小时,双纵模模式竞争较强;反之,模式竞争较弱。为获取较大频差双频激光输出,应采用反射率较高的输出镜。

关键词：激光器双纵模双频微片激光器模式竞争自饱和系数交叉饱和系数

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Nd:YVO_4双频微片激光器的热致频差调谐实验研究

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中国激光 2017年第1期44卷 167-171页

作者：戴荣胡淼蔡美伶李齐良周雪芳魏一振卢旸杭州电子科技大学通信工程学院浙江杭州310018 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

实验研究了基于Nd…YVO4晶体的亚太赫兹(sub-THz)双频微片激光器(DFL)的热效应及其对输出激光信号频差的影响。在实验中,通过改变DFL的温度,实现了激光信号频差的调谐。实验结果表明,在一定温度范围内,DFL的激光信号频差随激光器温度的... 详细信息

实验研究了基于Nd…YVO4晶体的亚太赫兹(sub-THz)双频微片激光器(DFL)的热效应及其对输出激光信号频差的影响。在实验中,通过改变DFL的温度,实现了激光信号频差的调谐。实验结果表明,在一定温度范围内,DFL的激光信号频差随激光器温度的升高呈线性增长,以此可实现频差的温度调谐。

关键词：激光器频差调谐温控双频微片激光器发射截面

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Nd:YVO4双频微片激光器的热致频差调谐及功率均衡实验研究

Nd:YVO4双频微片激光器的热致频差调谐及功率均衡实验研究

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作者：戴荣杭州电子科技大学

学位级别：硕士

毫米波和亚太赫兹波源在无线通信、光载波雷达、频率计量和光谱分析等领域展现出了较大的应用前景。通过改变掺钕介质的温度达到对双频激光信号的频差调谐,进而获得超过100 GHz以上的双频激光信号,对研究频率范围更高,频段范围更宽广的... 详细信息

毫米波和亚太赫兹波源在无线通信、光载波雷达、频率计量和光谱分析等领域展现出了较大的应用前景。通过改变掺钕介质的温度达到对双频激光信号的频差调谐,进而获得超过100 GHz以上的双频激光信号,对研究频率范围更高,频段范围更宽广的毫米波源具有很大的研究价值。此外,在超大频差激光信号输出前提下,通过调节LD抽运电流和热沉温控温度,实现激光信号功率均衡输出,可以提升外差拍频双频激光信号的拍频效率,从而得到大功率超大频差激光信号。双频微片激光器融合了频差调谐和功率均衡两项功能,是双频激光理论和技术领域的创新,具有良好的应用前景。为了对生成毫米波的双频微片激光器有更加具体的研究,本论文从双频微片激光器的热致频差调谐及功率均衡两方面进行理论和实验分析,其具体的内容从以下四个方面进行展开:(1)简单概述了毫米波技术发展的前景,对生成光毫米波的四种技术作了详细介绍。最后通过国内外研究团队在微片激光领域所做的工作,阐述了他们的研究成果。(2)介绍激光形成的物理基础和产生条件,对构成双频微片激光器的泵浦源,光学谐振腔和增益介质做详细分析。通过四能级速率方程,谱线加宽和模式竞争来阐述激光器的工作特性。最后概述了微片激光器的输出特性中的阈值功率,输出功率和斜效率。(3)对微片激光器的热致频差调谐进行实验研究。通过搭建符合条件的实验装置,将LD抽运电流分别固定在14.0 A和14.5 A,激光晶体温度从15℃调节到65℃,输出激光信号频差总体可在106.2 GHz-123.2GHz范围可调谐。实验结果发现,输出激光信号频差和激光晶体温度呈线性增长的关系,其增长率约为0.34 GHz/℃。实验表明热效应可以对激光信号频差进行调谐,进而输出亚太赫兹(sub-THz)频差。(4)对热效应引起激光晶体折射率和腔长变化作进一步研究。然后进行微片激光实验,在保证超大频差激光信号输出前提下,当LD抽运电流从13.5 A增加到14.5 A时,为保证激光信号左右峰输出相同的功率,对应的热沉温控温度必须从71.8℃下降到54.2℃,此时才能达到功率均衡,进而拍频输出最大的激光信号功率。实验结果表明,在双频激光信号超大频差和大功率输出时,LD抽运电流和热沉温控温度呈负相关关系。

关键词：双频微片激光器激光晶体温度 LD抽运电流频差调谐功率均衡

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