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LD泵浦的多模固体激光器自混合干涉效应的理论与应用研究

张勇  
【摘要】:激光自混合干涉是指激光器输出光被外部物体反射或散射后,其中一部分光又反馈回激光器谐振腔,反馈光携载外部物体信息,与腔内光相混合后,调制激光器的输出功率。因输出信号特点与传统的双光束干涉信号有相似之处,故被称为自混合干涉(self-mixing interference)。以前人们总是设法消除光反馈的影响,逐渐地由消除光反馈的不利影响到主动利用光反馈效应检测物理量,从而形成激光自混合干涉技术。近年来,这种技术越来越引起人们的关注,主要是由于系统固有的简单性、紧凑性和易于准直的特性,解决了传统光干涉系统结构复杂、尺寸大且敏感于准直等问题。 尽管自混合干涉现象于20世纪60年代就已被发现,但我国对该领域的研究还只是刚刚起步。 本文首先系统回顾了自混合干涉现象的发现、发展到走向应用的各个方面,并将国际上比较有代表性的研究小组及其研究方向作了简要介绍,分析了激光自混合干涉技术的研究意义和应用前景。 其次,本文建立了基于LD 泵浦Nd:YVO4的KTP内腔倍频绿光激光器的自混合干涉实验系统。以往对激光自混合干涉现象的研究,从最初使用气体激光器(CO2,He-Ne)到后来国际上普遍采用半导体激光器(LD)。本实验采用了目前激光器中的研究热点:LD泵浦的固体激光器(DPL)作为光源。经实验验证,取得了令人满意的结果,成功的重现了以前所报道的各种自混合干涉现象。因此,本文分析并阐述了半导体激光器与激光二极管泵浦固体激光器的区别及DPL的优势所在。 然后,本文基于复合腔激光器振荡条件和多模竞争理论,建立了系统的一般模型并进行了多种自混合干涉信号的数值仿真分析,仿真结果与实验结果很好吻合。首次将量子力学的微扰论引入自混合干涉效应,首次提出用LED作为自混合干涉测量光源的设想。对部分实验结果进行了FFT(快速傅立叶变换)分析,进一步大大提高了测量精度。 最后介绍了该领域国际上最新研究成果,提出了该领域研究所存在的问题及未来的发展趋势。 综上,本文可以看作是对激光自混合干涉技术一次系统全面的介绍。可以预测,随着研究的深入,该效应还可应用于光传感,光存贮系统,混沌通信等多个领域,将成为一个重要的研究课题。


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