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MOGLabs外腔半导体激光器PDH稳频技术在高分辨率光谱、基本物理常数测量、冷原子系统和光学频率标准等研究领域,激光线的窄线宽以及频率稳定性是十分主要的参数,有着重要的应用。特别是对于半导体激光器,本身输出激光线宽较大,需要通过各种技术来获得稳定频率以及压窄线宽,而Pound-Drever-Hall (PDH) 技术是目前最有效的激光到F-P腔的频率锁定技术之一。将F-P腔的共振频率作为参考,激光通过EOM或AOM进行调制后,利用F-P腔的共振特性和光外差光谱检测技术,得到具有良好鉴频特性的色散型谱线,生成尖锐的误差信号(图1),量化了实际频率离参考点的距离。通过控制器所提供的伺服系统,接收 ...
高功率半导体激光器的合束技术1,空间合束空间合束是利用反射镜将不同的芯片发出来的光束,合并到同一个方向和相近的位置输出的光束。空间合束后,仅仅改变的是光束的排列,每个合束的单元不会相互影响。图1-1 空间合束原理示意图合束过程中需要把激光器如图1-1位置放置,其中光束1不需要经过反射镜反射,可以直接传输到耦合透镜上,而光束2和光束3则需要分别经过M2和M3进行90度的反射,最后以相同的方向传输到耦合透镜上,这样光束2和光束3就可以和光束1在慢轴方向上叠加后耦合进光纤。可以看出空间合束本身并不改变单个光斑的光束质量,但是把所有的光束合成同一个光束时,可以看出来,快轴方向的光束质量没有变化,而慢轴 ...
半导体激光器的稳频方法简介(调制稳频)由于在冷原子方面应用,对外腔半导体激光器的线宽,频率稳定性,相位等性能有很高的要求。非调制稳频技术对于激光功率的波动较为敏感,稳定度相对较低,并且由于锁定在目标吸收峰的边峰上,而无法锁定在峰顶,容易发生频偏。而调制稳频简单来说就是在实验系统中加入调制信号来获取鉴频曲线,一般为正弦信号。可以在饱和吸收峰附近范围内产生一个单调的误差信号,将激光器频率锁定在饱和吸收峰处。激光调制又分为内调制以及外调制,顾名思义内调制是将调制信号直接加载到激光器本身的输出频率上,而外调制稳频可以使用声光、电光器件或者将调制信号加载到原子的跃迁频率上。内调制稳频内稳频调制一般是在饱 ...
非偏振分光镜对椭偏仪的影响(一)-系统原理Hazebroek等人于1973年首次提出了干涉式椭偏测量的概念,针对其中存在的问题,有人提出了使用塞曼激光和声光调制器的系统设计,还有人提出采用电光调制和波长调制半导体激光器的方案。Watkins采用压电晶体振荡的方法产生拍频,实验测量了SiO2膜,zui佳测量不确定度可达360pm。以上理论研究和实验表明,干涉式椭偏测量技术对于实时、快速薄膜测量有很好的应用价值与市场潜力,但外差干涉测量中存在的非线性误差是阻碍该技术实际应用的主要原因。外差干涉测量系统中的非线性误差一直是国内外研究热点,研究人员对激光源、偏振分光镜、波片、反射镜等误差源开展了很多研 ...
633nm碘稳频激光器——可靠的“巅”稳频高稳定激光波长标准在几何量计量、精密干涉测量、原子分子光谱探测以及重力测量等领域,具有重要的应用价值。由于该类激光器的波长不确定度与稳定度均能达到10−11量级以上,面对当前绝大多数精密测量场合,作为光源的稳定性要求都能满足,是目前最为便捷和可靠的高准确度激光波长参考光源。其中碘稳频激光器是应用最广泛的一种基于饱和吸收的稳频激光器,以碘蒸汽的饱和吸收谱线作为基准,其重复性和稳定性的均有保证。可用于诸如一等量块干涉仪、激光绝对重力仪等对测量不确定度要求较高的干涉测量系统中。633nm附近碘的吸收光谱在精密测量和工业测量中使用最为广泛的激光频标或波长标准, ...
二极管泵浦脉冲激光器DPSS应用激光雷达:激光雷达(英文:Laser Radar),是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。是采用光电探测技术手段的主动遥感设备。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成。LIDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲,打在物体上并反射回来,最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播,所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的,传播时间即可被转换为对距离的测量。结合激光器的高度,激光扫描角度,从GPS得到的激光器的位置和从I ...
光束质量分析仪测量原理(一)光束质量分析仪(光束轮廓分析仪)是一种用于激光束测量的重要工具,它不仅可以测量激光束的整个光强分布,也可以测量激光束的具体形状及大小。在一些激光应用(例如激光切割、激光打孔)方面上,激光束的检测是非常重要的,它影响着切割的精度以及钻孔的质量。目前市面上使用较多光束测量方法有狭缝扫描法、刀口扫描法、面阵相机法。狭缝法和刀口法扫描时间较长、且为人工控制、测量精度难以把控。该测量方法操作复杂,容易出错,多为经验丰富的技术人员操作,但优势在于可以测量大功率激光。面阵相机操作简单、扫面速度快、测量精度高、光谱响应范围宽等诸多优点,成为现在最主流的光束测量方法。此外,相机前面加 ...
DPSS 532nm固体激光器介绍DPSS532nm激光器光路部分由两部分组成,第一部分是以808nm作为种子光,使其照射特定的泵浦晶体(Nd:YAG、Nd:YVO4等),产生1064nm的光。第二部分则是将泵浦出的1064nm光照射倍频晶体(KTP、LBO等),产生线宽、方向、偏振都很好的532nm激光。图1.DPSS532nm泵浦+倍频示意图一.808nm泵浦部分:泵浦通常分为侧面泵浦和端面泵浦,由于端面泵浦的价格优势和可操控性,目前市场上正逐渐取代侧面泵浦。端面泵浦通过808nm激光二极管出射808nm的光源,直接照射在泵浦晶体Nd:YVO4的端面,再通过在Nd:YVO4两端镀膜,形成谐 ...
什么是激光跳模?大多数外腔半导体激光器(ECDL)面临的一个问题是二极管内腔模式、光栅(或滤光片)和外腔模式的色散之间的竞争。这些元件随温度、腔长或光栅(或滤光片)角度的变化体现出的不同模式表现,限制了激光频率的稳定性和频率可连续调谐的范围。首先需要知道的是在激光器谐振腔内部会发生模式竞争,虽然各模式的频率不同,但使用相同的反转粒子数,因此在均匀加宽的激光器中,满足阈值条件的纵模在振荡过程中相互竞争,导致只有相对靠近中心频率的纵模取胜,而其他模式都被抑制。而跳模正是因为模式竞争而引发的。如下图所示,在图(a)中νq相比νq+1更靠近中心频率ν0,因此在模式竞争中νq取胜,激光器输出激光频率即为 ...
激光器倍频技术激光倍频,指利用非线性晶体在强激光作用下的二次非线性效应,使频率为ω的激光通过晶体后变为频率为2ω的倍频光。自倍频激光晶体是通过在非线性光学晶体中掺入激活离子(通常是Nd3+或Yb3+),使其同时具有激光发射和非线性光学倍频两种功能,在产生红外波长的基频光的同时对其进行倍频。典型的自倍频晶体有掺杂钕离子的四硼酸铝钇(NYAB)、掺杂镱离子的四硼酸铝钇(Yb:YAB)、掺杂钕或镱离子的硼酸钙氧盐(Nd/Yb:RECOB)等晶体。图1.激光倍频示意图由于激光强度很高,因此会引起晶体材料原子极化,也就是正负电荷中心分离。这种分离是动态振动的,而且振动频率与激光的频率一致,振动幅度与激光 ...
饱和吸收光谱简介饱和吸收光谱是一种获得消除多普勒展宽的激光光谱方法,在1981年诺贝尔物理学奖中被提及,随后被应用于激光冷却捕获原子和玻色-爱因斯坦凝聚实验中,广泛应用于激光频率标准,可以用于半导体激光器的稳频,以及激光冷却等方面。当激光器输出的激光经过原子蒸气后,会发生吸收现象,当光子的频率和原子的超精细能级共振时,会发生强烈的共振吸收。失谐为0时,吸收最大。原子静止时,吸收峰的半高宽与原子跃迁线的自然线宽相当,约MHz量级,并且原子的能级十分稳定,因此共振吸收峰能够作为理想的激光稳频基准频率。87Rb原子的超精细能级结构但是由于在室温下原子进行强烈的热运动,运动速度在一个很大的范围内分布, ...
多视图共聚焦超分辨显微镜技术出发点:共聚焦显微镜凭借其对各种样品成像时所具有的灵活性和可靠性,目前仍然是生物医学光学显微镜中的主力。但是其存在点扩散函数各向异性、分辨率衍射受限、散射样品中与深度相关的退化(degradation)和体积漂白等问题。文章创新点:基于此,美国国立卫生研究院的Yicong Wu(一作兼通讯)等人提出一种多视图(multiview)共聚焦显微镜,在空间上从亚微米到毫米,在时间上从毫秒到小时级地增强共聚焦显微镜的性能。轴向和横向分辨率提高两倍以上的同时,还降低了光毒性。主要举措有:(1)、开发紧凑型线扫描仪,能够在大面积上实现灵敏、快速、衍射极限的成像;(2)、将线扫描 ...
F-P谐振腔激光器工作原理简介激光器是由工作物质、激励源和谐振腔三部分组成:产生激光的必须条件是能产生粒子数反转,反转后的粒子经过谐振腔,由激发态跃迁回基态,释放能量,形成稳定的激光输出,但工作介质中的原子受到激励源激发后使处在高能级的原子数数目必须大于低能级上的原子数数目,这样增益大于损耗,才能使光的在谐振腔中不断得到增强产生较强的激光。因此合适的激光工作介质和激励源是激光器必不可少的组成部分。不同的工作物质的激发光源波段各异,如今的激光工作介质有固液气和半导体在内的几千种,并涵盖了从真空紫外到远红外的波段,按波段划分的激光器种类大致如下表:激光器波段(λ)常用工作介质远红外激光器25~10 ...
MOGLabs光放大系统介绍锥形半导体激光放大系统是一种采用锥形半导体激光器放大种子光的结构。由于单频单模的激光器的输出功率受限,可以采用波长可调谐、单模特性以及光束质量等激光特性较好的种子光,通过聚焦透镜注入到锥形波导放大器中,而激光则从放大器的锥形区射出,在不改变激光原有特性的基础上,实现激光功率的放大。MOGLabs的MSA光放大系统是一个半导体激光放大器包含种子激光器。系统的核心是放大器模块(Amplifier block)搭载了半导体锥形放大器二极管。柱形镜(Cylindrical lens)提供散光补偿,还包含两个法拉第隔离器(Faraday isolator),锥形放大器输入侧的 ...
Fizeau波长计简介对于可调谐的半导体激光器而言,在使用时一般不能确定其输出波长。因为调谐机构可以在很宽的波长范围内调节输出光的波长,而半导体激光器的输出波长也随着工作参数的变化而改变。因此对激光器的波长进行标定,做出实时的精确指示对于一些研究来说很重要。而在各种波长测量方法中,干涉法是最为实用、精确以及可行的技术之一。斐索(Fizeau,FZW)波长计采用斐索干涉仪的方法检测激光器的波长,典型的斐索激光波长计的关键部件是一个上下反射面之间有一定角度的楔形干涉腔,并随着光程长度的变化,随之产生空间变化的干涉条纹。由此产生的干涉图样的条纹间距和相位都与入射光的波长有关,因此分析它们的结构可以精 ...
简单LD(激光二极管)驱动之压控恒流源LD(Laser Diode),即激光二极管,是组成激光器的核心组件,由发光二极管和光学谐振腔等组成。电流注入式激光二极管会引出2根正负接线,通过注入额定电流,使激光二极管发射出固定波长的激光。然而,由于激光二极管的固有特性,无法用恒压源供电,需要使用稳定的电流供应,才能使激光输出功率保持在一个稳定值。因此,一个稳定可控的恒流源电路,是驱动激光二极管的必要条件。以运算放大器为核心的压控负反馈恒流电路,就是其中一种激光驱动电路。其核心电路如下图。运算放大器负反馈恒流电路有一下两个性质:1.正向输入端3和反向输入端2虚短。即这两端近似看为短路,其电压值相等。2 ...
MOGLabs注入锁定放大系统简介注入锁定是一种主要应用于连续单频激光源的技术,兼顾高输出功率以及极低的强度噪声与相位噪声。通常来说高功率激光器要实现低噪声性能以及单频输出有困难,因为这些激光器往往很容易受到机械振动的影响,不能使用非常低噪声的泵浦源,并会受到显著的温度影响。特别是对于冷原子实验中,如激光冷却与俘获原子或玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)实验,对于冷却光的要求是比较高的,并且为了获得足够多的冷原子数,一般要求较高的激光功率,同时冷却光的线宽要小于相应的跃迁能级的自然线宽,并且对激光器的频率稳定性要求很高,为了获得窄线宽、高功率、稳频率的冷却光,可以采用注入锁定技术。注入锁定可以很好解 ...
半导体激光阵列中的“smile”效应1,“smile”效应大功率半导体激光器列阵的“Smile”效应是由封装过程所引入,在列阵工作时所显现出来的发光弯曲现象,具体表现为列阵各个发光单元的光斑不在一条直线上。因为大功率半导体激光器列阵为一维线阵结构,由十几个至几十个半导体激光发光单元(Single emitter)在慢轴方向上横向排列而成。半导体激光发光单元作为最基本的半导体激光器结构,其快轴方向尺寸约为 1µm,光束输出为基模高斯光束;慢轴方向尺寸为 50µm 至 200µm,输出为厄米高斯光束。由于快慢轴的尺寸大小以及出光的不对称性,使测试 LDA 的“Smile”效应变得尤为复杂,目前最常 ...
量子级联激光器——从工具到产品(本文译自Quantum cascade lasers: from tool to product,M.Razeghi, Q. Y. Lu, N. Bandyopadhyay, W. Zhou, D. Heydari, Y. Bai, and S.Slivken)1.介绍自20世纪60年代激光发明以来,人们一直在追求一种更小、更便宜、更大功率、波长更灵活的激光源。作为半导体激光器,量子级联激光器(QCL)是一种能带工程器件,其电磁辐射是通过超晶格量子阱[1]内能级间的子带间跃迁来实现的。自1994年首次实验演示以来,QCL技术得到了巨大的发展。这些性能水平是结构设 ...
量子级联激光器技术“量子级联激光器”(QCLs)是在电磁波谱的中红外部分发射的半导体激光器,1994年由贝尔实验室的Jerome Faist、FedericoCapasso、Deborah Sivco、Carlo Sirtori、Albert Hutchinson和Alfred Cho首次演示。与通过材料带隙的电子-空穴对重组而发射电磁辐射的典型带间半导体激光器不同,QCLs是单极的,激光发射是通过在半导体多量子阱异质结构的重复堆栈中使用子带间跃迁实现的。这个想法最早是由R.F. Kazarinov和R.A. Suris在1971年的论文“用超晶格在半导体中放大电磁波的可能性”中提出的。在块状 ...
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