基于-猫眼效应-的Nd-YAG激光谐振腔

基于_猫眼_效应的激光回波功率理论分析_李双刚

第35卷，增刊 红外与激光工程 2006年10月V ol.35 Supplement Infrared and Laser Engineering Oct.2006 基于“猫眼”效应的激光回波功率理论分析 李双刚，程玉宝 （电子工程学院光电系，安徽合肥 230037） 摘要：激光主动侦察技术是利用光电系统的光学窗口对入射激光具有很强的反射回波的“猫眼”效应来实现对复杂漫反射背景中的光学窗口侦察、定位。对基于“猫眼”效应的激光回波功率从理论上给出了详细的公式推导，并进行了应用分析和定量计算。这对激光主动侦察中的激光器功率、作用距离等参数选择有着重要的意义。 关键词：激光主动侦察；激光回波功率；“猫眼”效应；探测定位 中图分类号：TN977 文献标识码：A 文章编号：1007-2276(2006)增A-0080-04 Theoretical analysis on echo power of active laser reconnaissance based on “cat-eye” effect LI Shuang-gang, CHENG Yu-bao (Electro-optical Department, Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, China) Abstract：In order to scout and locate the optical windows of electro-optical equipment in complex diffuse reflecting background, the “cat-eye” effect that optical windows have a high echo to incident laser is used in active laser reconnaissance. The detailed formula for laser echo-power of the “cat-eye” effect is theoretically deduced. Moreover the applied range of the formula is discussed and the quantitative computation of laser echo-power is given. It’s important to the parameter selections in the active laser reconnaissance, such as the laser power and action range. Key words：Active laser reconnaissance; Laser echo power; “Cat-eye” effect; Scout and locate 0引言 近20年来，多种军用光电武器与装备在情报侦察、夜间作战、远程空袭等作战行动中发挥了极其重要的作用，如：光电侦察系统、光电跟踪系统、光电搜索系统、光电制导系统、光电火控系统等。这些光电系统的光学窗口对入射激光具有很强的按原路反射的特性，通常比漫反射目标的回波强102～104倍，这种特性俗称“猫眼”效应[1]。 激光主动侦察技术正是利用了光学窗口的“猫眼”效应，其基本原理是，通过发射激光束对战场进行扫描，一旦扫描光束照射在远方的光电系统和光学观瞄设备上，则回波强度会比漫反射回波强几个数量级，据 收稿日期：2006-08-14 作者简介：李双刚（1975-），男，安徽池州人，讲师，研究生，主要从事光电技术应用方面的教学和研究。

猫眼

猫眼是具有猫眼效应的金绿宝石，具猫眼效应的宝石很多，并非猫眼石独有，但只有金绿宝石猫眼可以直接称为猫眼，其他宝石的猫眼要在猫眼前面加上宝石的名称。其他具猫眼效应的宝石品种有石英、电气石等，名称应为石英猫眼”“电气石猫眼”等。 金绿宝石是世界五大珍贵高档宝石之一。金绿宝石中的猫眼以其犹如猫的眼睛一样漂亮的眼线，不仅被历代皇室宠爱，而且深受各国人们的喜爱。 一、猫眼的基本性质 二、猫眼的产地 猫眼的主要产地有斯里兰卡、俄罗斯、巴西、缅甸、津巴布韦等。世界上最著名的猫眼石产地为斯里兰卡西南部的特拉纳布拉和高尔等地，俄罗斯乌拉尔山脉是变石的发源地。斯里兰卡则产出黄绿色大颗粒变石及高质量的猫眼变石，目前巴西是金绿宝石的主要产地。 三、猫眼的简易鉴定 颜色：褐黄色或绿黄色是猫眼石明显的鉴定特征，并且具有三色性。 包体：内部具有细长而密集的管状或丝状矿物包体。 眼线：金绿猫眼以其特有的灵动的眼线而区别于其他宝石猫眼。而玻璃猫眼眼线外观过于亮丽，而且眼线很宽，甚至能看到2—3条眼线在闪烁，给人以虚假的感觉。而且整体结构上从侧面观察呈方形或多边形结构。四、猫眼的的评价与选购 购猫眼宝石应从以下几个方面考虑。 颜色：猫眼的最佳色是蜜黄色，其次为深黄色、深绿色、黄绿色、褐绿色、黄褐色、褐色。颜色越浅、褐色调浓或呈灰白色，价值则较低。 眼线：猫眼最佳的眼线应光带灵活、锐利、居中、平直、完整，要有“睁时宽，闭时尖”的效果，即把猫眼石放在强光下，随着宝石的转动，眼线会出现开与合的现象，犹如猫的眼睛在光线强弱变化时迅速开合一样。当眼线开时应为２－3条，闭时为一条。同时眼线与背景对比应明亮清晰，还要伴有乳白与蜜黄的效果。 大小：一般只要猫眼的弧面高度和腰下厚度适当，重量大一倍，价格则差好几倍。也有商家为了提高猫眼石的价格，把猫眼宝石腰以下的厚度过分增大，这样是不合理的。目前几克拉重的优质猫眼石已十分珍贵，其价值与优质红宝石、优质祖母绿不相上下。 净度：瑕疵、裂纹越少越好。裂纹不能在宝石正面的位置，否则价格会大打折扣。 切工：高质量的宝石其厚度、对称性应该是适度的，过厚或过薄都会影响宝石的价值。通常从宝石的腰线往下计算，如果太厚，则很难镶嵌。 五猫眼的市场价格 国内市场金绿宝石认知度不高，好的品种也比较少见，常见低端品种，价格一般在3000—6000元/克拉.2012年国内市场普通猫眼价格在3000－4000元/克拉。外商在展会上销售的褐黄色猫眼价格为5000元/克拉，质量较好的浅黄色猫眼价格为15000元/克拉。

斜入射情况下猫眼效应反射光的原路返回特性

斜入射情况下猫眼效应反射光的原路返回特性2009 年 12 月 December 2009 装备指挥技术学院学报 J o ur nal of t he Academy of Equip ment Co mma nd & Technolo gy 第20 卷第 6 期Vol . 20 No1 6 斜入射情况下猫眼效应反射光的原路返回特性 1 2 2 3 赵延仲,孙华燕, 宋丰华,纪雷刚 ( 1 . 装备指挥技术学院研究生管理大队 ,北京 101416 ; 2 . 装备指挥技术学院光电装备系 ,北京 101416 ; )3 . 中国西昌卫星发射中心 ,四川西昌615000 摘要 : 为研究斜入射情况下猫眼效应反射光的原路返回特性 ,提出确定 猫眼效应原路返回性的严格判据是反射光与入射光的重心是否重合。按照高斯光束 通过透镜的传输和变换规律 ,推导得出倾斜高斯光束通过光学镜头后的猫眼效应反 射光的重心坐标 ,然后通过与入射光重心坐标的对比分析发现 ,猫眼效应反射光的原 路返回特性与入射角、离焦量和焦距等参数具有一定的约束关系 ,仅在理想正入射情 况下才具有严格意义上的原路返回性。 关键词 : 猫眼效应 ;原路返回特性 ;斜入射 ;高斯光束 () 中图分类号 : TN 249文章编号 : 167320127 20090620091205 文献标识码 : ADO I : 10 . 3783/ j . i ssn . 167320127 . 2009 . 06 . 021

Return B a c k Cha ra ct e ri stic s of Cat Eye Eff e ct Refle ct e d Li ght Unde r Obli que Inci de nc e Co nditio n 1 2 2 3Z H A O Ya nzho ng, SU N H ua ya n, SO N G Fe ngh ua, J I L ei ga ng ( 1 . Co mpa ny of Po st graduat e Ma nage ment , t he Acade my of Equip ment Co mma nd & Technolo gy , Beiji ng 101416 , Chi na ; 2 . Dep a rt ment of Op tical a nd Elect rical Equip ment , t he Acade my of Equip ment Co mma nd & Technolo gy , Beiji ng 101416 , Chi na ; )3 . Chi na Xi Cha ng Sat ellit e L a unch Cent er , Xicha ng Sichua n 615000 , Chi na Ab stra ct : In o r de r to st udy t he ret ur n back cha ract eri stic s of t he cat eye eff ect ref lect e d li ght un2 de r o blique i nci de nce co nditio n , it i s p ropo sed t hat a st rict crit e rio n fo r ma ki ng sure t he ret ur n bac k cha ract e ri stic s of t he cat eye eff ect ref lect e d li ght i s t hat t he ba r yce nt e r of t he ref lect e d li ght a nd t he i nci de nce light i s sup erpo se o r no t . By u si ng t he r ule s t hat Ga u ssia n bea m s app l y w he n t ra n sf e r ri ng a nd t ra n sfo r mi ng t hro ugh le n s , t he ba r yce nt er of t he cat eye eff ect ref lect ed li ght w he n t he Ga u ssia n bea m p a ssi ng t h ro ugh t he op tical le n s sla nt way s i s deduced. Af t e r co mp a ri ng t he ba r yce nt er of t he re2 f lect ed bea m a nd t he i nci de nce bea m , it i s k no w n t hat a re st rictio n relatio n i s e xi st ed bet wee n t he re2 t ur n back cha ract eri stic s of t he cat eye eff ect ref lect e d li ght a nd t he i

外腔用半导体激光管基本原理及应用

外腔用半导体激光器基本原理及应用 1. 外腔用半导体激光器的概念 早期普通FP腔结构的半导体激光管腔长一般在800μm—1500μm, 后反射面的反射率接近全反射,出射端面的反射率一般在百分之几十以内。由于谐振腔的精细度不够高,而自由光谱范围又很宽,造成普通FP腔半导体激光器的线宽比较宽,甚至会出现多模运转,所以通常不能直接用在原子分子精密光谱，光频标，冷原子操控，原子干涉仪等研究领域。后续出现了DFB/DBR等激光器，因为内置光栅的原因，线宽得到了一定的压窄，可以达到2MHz甚至更小，基本可以应用到上述领域中。但随着对研究精度的提高，MHz级别的线宽已经不能满足更高要求的实验需求了，于是通过在激光管外再增加一些光反馈元件,使得激光管的后反射面和光反馈元件之间形成一个外腔,这样的激光器称为外腔半导体激光器(ECDL)。由于外腔对激光器的模式选择作用,可以大幅度压窄半导体激光器的线宽到KHz级别,同时通过外腔光学元件的调谐作用,使得激光波长可以精确调谐。由于外腔半导体激光器具有易于调谐、谱线宽度窄、维护简单等特点,成为精密光谱研究中一个重要的工具。当然外腔用半导体激光器也有结构稳定性和紧凑度不如DFB激光器的情况，但更窄的线宽以及更高的功率依然是它的最大优势所在。 两种典型的外腔半导体激光管结构（Littrow结构和Littman结构）

2. 外腔用半导体激光管的线宽压窄原理 设入射光的波长为λ0 ，为了使1级光形成外腔反射，必须满足以下方程组： 从激光管出来的光谱范围较大，波长成分较多，但只有满足第一个方程的波长成分才会发生一级闪耀反射回去，同时腔长必须满足第二个方程，反射回去的光才能形成谐振放大。零级出射光里的波长成分主要是一级反射光的波长，其它波长成分因为没有放大过程会大幅衰减，表现出来的光谱特性就是极窄的线宽。 3. 主要应用 外腔用半导体激光器因为它极窄的线宽和较高的光功率，在冷原子，原子分子精密光谱研究领域具有广泛的用途，目前主要应用在原子冷却，光频标，原子干涉仪，激光陀螺，高精度原子钟和光钟。 ?????==0002sin 2λλθq L d

变石猫眼(2)

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【锡兰之星】猫眼金绿猫眼金绿宝石14.19ct o￥150000.00 价格:在淘宝网上..从999元----150000.00元 种类： 金绿猫眼(Chrysoberyl Cats eye)被简称为“猫眼”，矿物名称为金绿宝石， 变石猫眼是一种显示极好猫眼效应和颜色变化的稀有品种，变色是由铬元素所引起的，其猫眼效应是由细针状或管状包裹体反射的光所产生。其物理性质与金绿猫眼大致相同。 透辉石猫眼(Diopside Cats－eye)，透辉石的化学分子式为CaMgSi2O6，颜色可以从无色到淡绿色至暗绿色以及灰色或灰绿色等，大多透辉石猫眼呈灰褐色并或多或少带绿色调，折射率为1.67左右，密度为3.29g／cm3，硬度5－6，透辉石猫眼主要产

地有美国、芬兰、马达加斯加及缅甸等，透辉石猫眼的闪光也是因其中大量针状定向排列的包裹体对光的作用所产生。 石英猫眼(Quartz Cats－eye)是晶质石英，化学分子式为SiO2，折射率为1.54左右，密度为3.05g／cm3，硬度为7，当含有金红石或石棉纤维的平行包裹体，并切磨成弧面型时就会产生猫眼效应。石英猫眼最主要的颜色为灰褐色，呈半透明状。当水晶中含大量的金红石晶体(即发晶)并平行定向排列时，也会产生猫眼效应，这时又称为水晶猫眼，透明，被切磨成珠状或球状，常作为手链或吊坠饰品。 木变石(虎睛石与鹰睛石)猫眼(Tiger or Hawk Cats－eye)主要的物理性质与石英猫眼基本相同，木变石是蓝色钠闪石石棉被二氧化硅置换并保留了前者的外部结构，若定向排列则产生猫眼效应，色调在黄色到金黄褐色以及蓝色之间变化，猫眼的眼线一般较宽，亮度显得不够。 磷灰石猫眼(Apatite Cats-eye) 磷灰石猫眼的颜色可以为蓝绿、绿褐色、黄绿色及褐黄色等，折射率为1.63左右，密度为3.18g／cm3，硬度为5，可见稀土谱，即580nm左右具有一组细密的谱线；其猫眼效应也是由磷灰石内部含有的定向排列包裹体所产生。

LASCAD-激光谐振腔设计软件

LASCAD-激光谐振腔设计软件 LASCAD 介绍 ?计算机上的光学工作平台 ?激光谐振腔分析与设计工具 ?教学工具 LASCAD 计算机上的光学工作平台 尽管LASCAD提供复杂的工程工具，它的一个基本原则是创造一个容易使用的程序。它提供了一个程序化用户界面，可作为PC上的光学工作台，用于激光谐振器的直观设计。这样人们就可以在实验室或交流会上了解实验结果，而不需花费很长时间去看复杂的说明书或者键入大量数字： ?光学元件如平面镜、透镜、或晶体可以用单击鼠标来加入、合并、拉动、调整、或消除 ?全面考虑了谐振器和晶体的象散现象 ?有限元分析、ABCD矩阵及波动光学编码可以在菜单条中选择 LASCAD 激光腔体分析与设计工具 LASCAD 激光腔体分析与设计工具 FEA 可以用于计算激光器晶体的温度分布、变形、应力和机械断裂。计算过程中需要考虑材料的参数、泵浦构型以及冷却结构等。FEA 是技术物理领域中

一种众所周知的求解差分方程的数值方法，例如，热传导方程。虽然在其他许多工程领域，FEA 得到广泛的成功应用并且是一个不可或缺的方法，但是目前还没有在其他任何一款商用激光设计软件上实现。 为了让FEA 能够直接应用于激光腔的设计，LASCAD对重要构型进行FEA 模型预设计，例如，端面或者侧面泵浦的棒状、条状以及盘状激光器。多种材料或者掺杂的晶体也有相关的模型，例如未掺杂的端面镜。用户可以自定义尺寸、FEA 网格、边界条件以及模型中的其他参数。与温度相关的材料参数也可以通过解析式添加到模型中去。 被吸收的泵浦功率密度分布采用基于超高斯函数的解析近似表达式进行表征。为了实现吸收泵浦光的数值建模，LASCAD?支持从ZEMAX和TracePro的光线追迹程序导入数据。这些程序可以生成吸收泵浦功率密度的三维数据，可以直接导入到LASCAD中。ZEMAX 和TracePro对模拟闪光灯泵浦或者非常规的泵浦结构时的泵浦光分布非常有用。 ABCD 高斯光束传播代码 LASCAD提供一个开放的图形语言，可以将泵浦光的分布，边界状态和FEA 结果利用复杂的2D和3D图形工具形象化。 将FEA 的结果应用到ABCD 传输矩阵，温度分布，以及温度相关的折射率函数，在垂直光轴方向进行抛物线拟合。在拟合过程中，有限元网格在沿着晶体轴和垂直的方向上又进行划分。用同样的方法可以完成晶体端面变形的拟合。对于很多结构，例如端面泵浦的晶体棒，上述拟合近似可以得到的激光模式的可靠解。

猫眼宝石及其识别

猫眼宝石及其识别 胡经国 一、猫眼宝石及其命名和种类 ㈠、“猫眼”的概念 “猫眼”不是宝石的名称，而是指某些宝石所呈现的一种像猫眼一样的光学现象或光学效应。通常，这种光学效应称为猫眼效应。当磨制成半球形的宝石用强光照射时，其表面上呈现的一条细窄明亮的闪光亮带（眼线），称为“猫眼闪光”或“猫眼活光”，这种光学效应就是我们所说的猫眼效应。 ㈡、猫眼宝石的概念 猫眼宝石是珠宝中稀有而名贵的品种。它因具有灵活明亮、能随光线强弱而变化的猫眼效应而得名。猫眼宝石的概念有广义和狭义之分。 广义猫眼宝石是指具有猫眼效应的各种宝石。狭义猫眼宝石专指具有猫眼效应的金绿宝石，称为金绿宝石猫眼，简称金绿猫眼、猫眼石或猫眼。这是因为，在所有猫眼宝石中，以金绿宝石猫眼最为著名和最为珍贵。因此，习惯上将金绿宝石猫眼简称为金绿猫眼、猫眼石或猫眼。一般所说的猫眼石或猫眼，指的就是金绿猫眼。其它猫眼宝石是不可以像这样称呼的，必须在“猫眼”二字之前加上宝石的名称，如海蓝宝石猫眼、碧玺（电气石）猫眼等。 ㈢、猫眼石的命名和种类 除了金绿猫眼以外，其它猫眼宝石一般根据宝石的名称来命名。例如，若宝石是祖母绿，就叫做祖母绿猫眼；若宝石是海蓝宝石，就叫做海蓝宝石猫眼；依此类推。 具有猫眼效应的宝石种类很多。据统计，可能多达30种。在市场上较为常见的，除了金绿猫眼以外，还有祖母绿猫眼、海蓝宝石猫眼、月光石猫眼、欧泊猫眼、碧玺猫眼、金红石猫眼、硅线石猫眼、蛋白石猫眼、变石猫眼（变石是金绿宝石的变种，又叫做亚历山大石）、虎睛石猫眼、直闪石猫眼、辉石猫眼、磷灰石猫眼和石英猫眼等。此外，还有人造猫眼宝石。这些猫眼宝石都不如金绿猫眼和祖母绿猫眼珍贵。 ㈣、金绿猫眼 1、金绿猫眼的矿物学特性 在矿物学上，金绿猫眼是金绿宝石中的一种，属于尖晶石族矿物。金绿宝石是含铍铝氧化物，化学分子式为BeAl2O4。晶体形态常呈短柱状或板状。呈各种各样的颜色，如蜜黄、

激光谐振腔的模式计算研究

激光谐振腔模式研究的MATLAB 实现 光信1001班 刘吉祥 U201013222 摘要：谐振腔内的模式计算是分析激光器输出光束质量的前提和基础。本文在matlab 环境下，采用Fox_Li 数值迭代法计算了条形腔、矩形腔、圆形腔、倾斜腔的自再现模的振幅分布和相位分布，并比较了腔形、菲涅尔数、初始光强分布、倾斜扰动等因素对最终模式的影响，具有一定的实际应用价值。 1. 原理说明 设初始时刻在镜I 上有某一个场分布1u ，则当波在腔中经第一次渡越而到达镜II 时，将在镜II 上形成一个新的场分布2u ，场2u 经第二次渡越后又将在镜I 上形成一个新的场分布3u 。每次渡越时，波都将因为衍射损失一部分能量，并引起能量分布变化，如此重复下去……由于衍射主要是发生在镜的边缘附近，因此在传播过程中，镜边缘附近的场将衰落得更快，经多次衍射后所形成的场分布，其边缘振幅往往都很小（与中心处比较），具有这种特征的场分布受衍射的影响也将比较小。可以预期：在经过足够多次渡越之后，能形成这样一种稳态场：分布不再受衍射的影响，在腔内往返一次后能够“再现”出发时的场分布，即实现了模的“自再现”。 光学中的惠更斯—菲涅尔原理是从理论上分析衍射问题的基础，该原理的严格数学表示是菲涅尔—基尔霍夫衍射积分。设已知空间任意曲面S 上光波场地振幅和相位分布函数为),(y x u '',由它所要考察的空间任一点P 处场分布为),(y x u ，二者之间有以下关系式： ??+=-S ik dS e y x u ik y x u ')cos 1()','(4),(θρπρ 式中，ρ为),(y x ''与),(y x 连线的长度，θ为S 面上点),(y x ''处的法线和上述连线之间的夹角，s d '为S 面上的面积元，k 为波矢的模。 本文采用Fox —Li 数值迭代法实现了条形腔、矩形腔、圆形腔、倾斜腔的自再现模的形成。 2. 实现方案 2.1条形腔 条形腔是一种理想模型，即一个方向有限长，而另一个方向上无限延伸的腔形，故只在长度有限的那个方向上发生衍射现象，迭代公式为一维的菲涅尔—基尔霍夫衍射积分：

软玉猫眼的Raman光谱及其与猫眼颜色的关系

硅酸盐学报 · 1492 ·2007年 软玉猫眼的Raman光谱及其与猫眼颜色的关系 卢保奇1，亓利剑2，夏义本1 (1. 上海大学材料科学与工程学院，上海 200072；2. 中国地质大学珠宝学院，武汉 430074) 摘要：采用电子探针、Raman光谱和电子顺磁共振吸收谱对新近发现的四川软玉猫眼进行了研究。结果表明：四川软玉猫眼主要由透闪石矿物组成。软玉猫眼的主要杂质离子为Fe3+，Fe2+和Mn2+，其Raman吸收频率主要出现在940～1105，650～760cm–1和450～510cm–1范围内。3600～3800cm–1范围内—OH伸缩振动Raman谱带分裂，并向低波数方向位移，这主要与Mg2+和Fe2+的含量有关。Fe2+的含量越高，软玉猫眼黄绿的色调就越深。Fe3+和Mn2+离子占位于透闪石晶格中Mg—O(OH)八面体的Mg2+位置。 关键词：软玉猫眼；透闪石；Raman光谱；电子顺磁共振谱 中图分类号：R318.08 文献标识码：A 文章编号：0454–5648(2007)11–1492–03 RAMAN SPECTRA OF NEPHRITE CAT’S EYE AND THE RELATIONSHIP BETWEEN RAMAN SPECTRA AND THE CAT’S EYE COLORS LU Baoqi1，QI Lijian2，XIA Yiben1 (1. School of Materials and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072; 2. China’s Geological University, Wuhan 430074, China) Abstract: Nephrite cat’s eye from Sichuan province was studied by electronic probe microscopy, Raman spectrum and electron para-magnetic resonance. The results indicate that the main phase of the nephrite cat’s eye is tremolite, and the main impurity ions are Fe3+, Fe2+ and Mn2+. The Raman major absorption frequencies of the nephrite cat’s eye appear around 940–1105, 650–760cm–1 and 450–510cm–1. The division of the —OH stretching vibration band appears around 3600–3800cm-1 and the band shifts to a lower wave number, mainly relative to the content of Mg2+ and Fe2+. The higher the content of Fe2+ ion is, the darker the color of the cat’s eye is. The Fe3+ and Mn2+ occupy the position of Mg2+ in the octahedral Mg—O(OH) of tremolite. Key words: nephrite cat’s eye; tremolite; Raman spectra; electron paramagnetic resonance 软玉猫眼是软玉中的珍品，除我国台湾省花莲县所产的“台湾玉”和加拿大安大略省所产的绿色软玉具有猫眼效应外，[1]尚未见其它报道。最近在我国四川省石棉矿中发现了软玉猫眼，[2]其质地温润，经琢磨猫眼鲜活。 为此，利用电子探针微区分析和Raman光谱研究了新发现的四川软玉猫眼的成分及其结构，并探讨了—OH振动与猫眼颜色的相关关系。此外，还利用电子顺磁共振技术对Fe离子的占位进行了研究。旨在为其质量评价提供理论依据，以期尽早开发利用，实现其商业价值。1 实验 1.1样品及样品处理 样品采自四川石棉地区。首先在偏光显微镜下初步研究，确定其矿物成分和组构。而后将有代表性的样品一部分切割、打磨抛光成1～2mm厚的薄片，用于电子探针(electron probe microscopy analy-sis，EPMA)和Raman光谱的测量。另一部分破碎至80μm，在双目体视显微镜下精选纯净样品。随后在玛瑙研钵中研磨至150μm，用于电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance，EPR)谱的测量。 收稿日期：2006–10–19。修改稿收到日期：2007–03–18。 基金项目：国家自然科学基金(49772096)；上海市教育委员会发展基金(03AK23)资助项目。 第一作者：卢保奇(1967—)，男，博士，副教授。Received date:2006–10–19. Approved date: 2007–03–18. First author: LU Baoqi (1967–), male, doctor, associate professor. E-mail: baoqilu@https://www.360docs.net/doc/798571699.html, 第35卷第11期2007年11月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 35，No. 11 November，2007

894nm外腔半导体激光器

收稿日期：2011-03-07；修订日期：2011-04-19 基金项目：国家自然科学基金(10874012，10974177)；国际科技合作计划(2010DFA04690) 作者简介：黄凯凯(1971-)，男，讲师，博士，主要从事激光与物质相互作用方面的研究。Email:huangkaikai@https://www.360docs.net/doc/798571699.html, 894nm 外腔半导体激光器 黄凯凯，李 楠，陆璇辉 (浙江大学物理系光学研究所，浙江杭州310027) 摘 要：介绍了一种基于Littrow 结构的894nm 外腔半导体激光器的设计原理，给出了光栅转轴的 优化点计算，分析了无跳模范围和实际转轴位置的关系，指出了实际光栅转轴点的合理位置。针对铯原子激光抽运磁力仪的应用要求，通过外腔的选频功能，以及低噪声激光电流源、低温漂温控器和低噪声压电陶瓷驱动器，实现了自由运转波长为904nm 的激光管调谐到894nm 的单模运转，连续无跳模范围在3GHz 以上。共焦FP 腔的观测表明，外腔半导体激光器对自由运转激光管的线宽进行了有效压窄。搭建了饱和吸收谱装置，成功观测到了Cs 原子D 1线的F =3->F ′=3,4和F =4->F ′=3,4两套饱和吸收谱线。 关键词：外腔半导体激光器；铯D 1线；饱和吸收谱中图分类号：TN248.4 文献标志码：A 文章编号：1007-2276(2011)11-2129-05 894nm external cavity diode laser Huang Kaikai,Li Nan,Lu Xuanhui (Institute of Optics,Physics Department,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China) Abstract:The design principle of 894nm external cavity laser diode with Littrow configuration was introduced.The calculation on optimized grating mount pivot point position was given.Analysis of the mode -hop -free range versus practical pivot point position as well as the reasonable pivot point position were pointed.By frequency selection of external cavity and application of low noise current driver,low temperature drift controller and low noise piezo driver,single mode operation of the laser at 894nm was realized on a laser diode with a free running wavelength of 904nm,which was to be applied in laser pumped Cesium magnetometer.The mode -hop -free range was above 3GHz.It could be seen from the confocal FP cavity that the laser linewidth was effectively narrowed in the external cavity.In order to obtain Cs D 1spectrum,a saturation absorption spectroscopy layout was built and the hyperfine lines spectrum of F =3->F ′=3,4and F =4->F ′=3,4transition were successfully obtained.Key words:external cavity diode laser; cesium D 1lines; saturation absorption spectroscopy 第40卷第11期 红外与激光工程 2011年11月Vol.40No.11 Infrared and Laser Engineering Nov.2011

一种新型的垂直外腔面发射半导体激光器讲解

一种新型的垂直外腔面发射半导体激光器 沈少棠 北京工业大学应用数理学院 000611 指导教师:宋晏蓉 摘要介绍了一种新型的垂直外腔面发射半导体激光器的结构、制作工艺、优点及其应用。 关键词激光器,半导体,垂直外腔面 一、引言 垂直腔面发射激光器(VCSEL及其阵列是一种新型半导体激光器,它是光子学器件在集成化方面的重大突破,它与侧面发光的端面发射激光器在结构上有着很大的不同。端面发射激光器的出射光垂直于晶片的解理平面;与此相反,VCSEL 的发光束垂直于晶片表面。它优于端面发射激光器的表现在:易于实现二维平面和光电集成;圆形光束易于实现与光纤的有效耦合;有源区尺寸极小, 可实现高封装密度和低阈值电流;芯片生长后无须解理、封装即可进行在片实验;在很宽的温度和电流范围内都以单纵模工作;价格低。

二、垂直腔面发射激光器的结构 图 1为 VCSEL 的结构示意图,由布拉格反射镜,有源层和金属 层接触组成。其衬底的选择有以下 3种。 1、硅衬底在硅 (Si 上制作的 VCSEL 还不曾实现室温连续波工作。 这是由于将 AlAs/GaAs DFB直接生长在 Si 上,其界面不平整所致, 使 DFB 的反射率较低。日本 Toyohashi 大学的研究者由于在 GaAs/Si 异质界面处引入多层(GaAsm(GaPn 应变短周期超晶格(SSPS 结构而降低了 GaAs-on-Si 异质结外延层的密度。 2、蓝宝石衬底美国南方加利福利亚大学的光子技术中心为使 VCSEL 发射的850nm 波长光穿过衬底, 采用晶片键合工艺将 VCSEL 结构从吸收光的 GaAs 衬底移开,转移到透明的蓝宝石衬底上,提高了 wall-plug 效率,最大值达到 25%。 3、砷化钾衬底基于砷化钾(GaAs基材料系统的 VCSEL 由于高的 Q 值而备受研究者青睐,目前 VCSEL 采用最多也是生长在 GaAs 衬底上。但以 GaAsSb QW作为有源区的 CW 长波长 VCSEL 发射波长被限制在 1.23 微米。发射波长 1.3 微米的 GaAsSb-GaAs 系统只有侧面发射激光器中报道过。日前美国贝尔实验室的 F.Quochi 等人演示了室温 CW 时激射波长为~1.28 微米的生长在 GaAs 衬底下的光泵浦 GaAsSb-GaAs QW VCSEL。这个波长是目前报道的 GaAsSb-GaAs 材料系最长的输出波长。 三、垂直腔面发射激光器的制作新工艺 1、氧化物限制工艺氧化物限制的重大意义在于:能较高水平地控制发射区面积和芯片尺寸,并能极大地提高效率和使光束稳定地耦合进单模和多模光纤。因此,采用氧化物限制方案器件有望将阈值电流降到几百 A,而驱动电流达到几个 mA 就

光学谐振腔的分类之一

光学谐振腔的分类之一 腔内傍轴光线几何逸出损耗的高低：稳定腔、非稳腔、临界腔。 稳定腔：腔内傍轴光线经过任意多次往返传播而不逸出腔外的谐振腔。 非稳腔：腔内光线经过有限次往返传播后逸出腔外的谐振腔。 临界腔：能够保证截面平行于反射镜面的光束在反射镜间传播不逸出。 什么样几何形状的谐振腔？共轴球面腔的三个参数：腔镜的曲率半径R 1、R 2、腔长 L 需要满足什么样的条件呢？ 本节讨论光学谐振腔的稳定性条件。 1.共轴球面谐振腔的稳定性条件 光线在球面谐振腔内往返n 次的光学变换矩阵： = 往返n 次后光线的空间位置坐标与方向坐标： 如果在无论n 取多大值、任何值的情况下，An 、Bn 、Cn 和Dn 都是在一定范 围内的有限值，那么 和 就是有限值，只要反射镜的镜面横向尺寸足够大，就可以保证傍轴光线在腔内往返任意次、无限次而不会从侧面逸出。 从M n 的表达式中可以看出，角度 的大小对矩阵中的四个元素An 、Bn 、Cn 和Dn 起着决定性的作用。 和 取值大小，反映的是光线偏离光轴能力的大小，即造成激光几何 损耗的大小。 下面我们就分三种情况对 角的取值加以讨论，并希望能从中寻找出谐振腔的稳定性条件。 n n n n n A B M C D ??=?????? ? ???----???? ???)1sin(sin sin sin )1sin(sin sin 1n n D n C n B n A 1111n n n n n n r A r B C r D θθθ=+?? =+? ?n r n θn r n θ????? ??? ??? - --=+-=-=-=1212121222)21)(21() 11(24)1(221R L R L R L D R R R R L C R L L B R L A

电子科大激光原理课程设计—谐振腔光束仿真

课程设计 题目：谐振腔的稳定性分析和自再现高斯光束计算姓名： 学号： 指导老师： 时间： 电子科技大学光电信息学院

任务一： 如图A 所示的谐振腔，用Matlab 程序计算光线在腔内的轨迹，演示腔的稳定和不稳定时光线在腔内往返次数增加时光线轨迹。初始光线任意选择。 图A 两球面镜组成的谐振腔 实现方法： 首先利用列阵r θ??????描述任光线的坐标，而用传输矩阵i i i i i A B T C D ?? =? ??? 描述光线经过一段空间后所引起的坐标变换。假设光线在腔内经n 次往返时其参数的变换关系以矩阵的形式表 示： n n r θ?? ???? =1 n i i T =∏ 11r θ?? ???? 用 计算出光线的路径。 如此循环得到腔内的光线轨迹。 实现程序： 见 源程序（1） 模拟结果： 稳定情况下 非稳定情况下 R1=500mm,R2=600mm,L=700mm R1=250mm,R2=300mm,L=700mm

任务二： 如图所示的谐振腔，由球面放射镜和平面放射镜之间插入一薄透镜构成。 图B 平面镜和凹面镜之间插入薄透镜谐振腔 （1）分析计算透镜与平面镜之间的距离在什么范围内腔是稳定的； （2）在腔稳定情况下，演示在腔内往返100次以上时光线轨迹； （3）计算自再现高斯光束的q参数，并演示往返一周腔内光斑半径曲线自再现（波长为 0.5um）。 实现方法： （1）计算谐振腔的传输矩阵 ，利用公式计算的值，判断当 时，谐振腔是稳定的，当不再范围内时，谐振腔是非稳定的。 （2）其实现方法同任务一的方法一样。 （3）计算谐振腔内各个平面上的q参数，根据，求得和，利用 求得，用画出光线在谐振腔内往返一周的光斑半径曲线，同时验证谐振腔模式的自再现。 实现程序： 见源程序（2.2）和（2.3）

变石和猫眼

第4章变石和猫眼 4.1 概述 金绿宝石的英文名称为Chrysoberyl。这个词来源于希腊语，是金黄色(chryso)?和绿柱石(beryl)词合并而成，高度概括了金绿宝石的颜色特征。一般情况下，金绿宝石呈明亮的褐黄色和绿黄色。金绿宝石中的二种品种因显特殊的猫眼效应和变色效应而成为所有宝石著名的高档宝石品种。显猫眼效应的称猫眼石，显变色效应的称变石。 4.2 基本性质 4.2.1 结晶学性质 （1）晶系：斜方晶系。 （2）结晶习性和表面特征：矿物晶体呈扁平状、板状或短柱状，晶面上常有平行条纹，晶体常形成假六方的三连晶穿插双晶（见图2-4-1）。 图2-4-1 金绿宝石常见晶形 4.2.2 化学成分 金绿宝石为铍铝氧化物，化学分子式为BeAl2O4，并含有少量微量元素Fe、Cr、Ti等，不同的微量元素使金绿宝石矿物产生不同的颜色。 4.2.3 物理性质 1、光学特征 （1）颜色：通常为浅-中等的黄色至黄绿色、灰绿色、褐色至黄褐色以及很罕见的浅蓝色。 （2）光泽和透明度：常为玻璃光泽。金绿宝石通常为透明-不透明，猫眼石呈亚透明-半透明，变石通常为透明。 （3）光性：二轴晶，正光性。 （4）折射率：1.74-1.75。 （5）双折射率：0.009。 （6）色散：低，为0.014。

（7）多色性：明显，优质变石为强多色性。 （8）发光性：金绿宝石因含铁一般无荧光，变石因含铬有弱荧光。 （9）吸收光谱：金绿宝石在紫光区444nm处有强吸收窄带。变石品种在红区690nm处有一双线，红橙区有两条弱线，以580nm中心有一吸收区，蓝区475nm、468nm两条吸收线。 （10）特殊的光学效应：部分金绿宝石显示特征的猫眼效应和变色效应，并因此决定金绿宝石重要宝石种，即猫眼石和变石。 2、力学性质 （1）解理：可出现三组解理，一组发育中等，另两组发育不完全；猫眼石和变石一般无解理。 （2）断口：金绿宝常出现贝壳状断口。 （3）硬度：一般为8-8.5。 （4）密度：通常为3.72g/cm3。 4.2.4 包裹体特征 金绿宝石内部主要有指纹状包裹体，也可见丝状包裹体。透明宝石可见阶梯状滑动面或双晶纹。猫眼石内部主要含大量平行排列的丝状包裹体，变石内部主要含有指纹状包裹体和丝状物。 4.3 矿床成因及产地 金绿宝石与其它许多有色宝石一样，常常产自伟晶岩脉中，同时也发现在一些片麻岩、云母片岩和花岗岩中。在伟晶岩脉中，与金绿宝石共生的矿物有绿柱石、电气石和磷灰石等。在片麻岩和片岩中，它常与矽线石、石榴石和绿柱石共生。 由于金绿宝石的坚硬和韧性，因此，可以在伟晶岩脉附近的冲积矿床中找到它们。尽管金绿宝石是一种比较少的宝石矿物，但在世界各地仍有不少矿床被发现。当然其中质量较好的矿床的并不多。真正具宝石价值的金绿宝石大部分来自冲积砂矿中。 金绿宝石主要产地有：俄罗斯、斯里兰卡、巴西、缅甸、津巴布韦等。最好的变石产自俄罗斯乌拉尔地区，最好的猫眼石产自斯里兰卡。目前变石猫眼的唯一产地是斯里兰卡，尤其是在米纳斯吉拉斯(MINAS GERAES)附近。 4.4 主要宝石种 4.3.1 变石 变石亦称亚历山大石，英文名称为Alexandrite，是一种含微量氧化铬（Cr2O3）金绿宝石变种，正因为含微量氧化铬（Cr2O3），使得金绿宝石具有在烛光及钨丝灯光下呈红色，在日光照射下呈绿色的特殊的变色效应，因此，也被誉为是“白昼里的祖母绿，黑夜里的红宝石”，但这也正是变石的珍贵之处。 关于变色效应的成因前有关章节已有阐述。通过对变石吸收光谱的研究表明，变石在橙色至黄绿色的光谱范围内，有一条很宽的吸收带，而在红色及绿色区，几乎没有吸收。由于日光中的短波较强，烛光和白炽灯光中长波较强，所以，当宝石在不同光的照射不，便出现不同的颜色。 变石中最受人欢迎的两种颜色是祖母绿的绿色及红宝石的红色，但实际上，变石很少有