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1.
基于改进的Frantz-Nodvik 方程的 Yb: KGW 再生放大器研究
康仁铸, 吕仁冲, 滕浩, 朱江峰, 魏志义,
量子电子学报 2022, 39 (
4
): 574-582. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.04.012
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1248
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超快激光再生放大过程具有复杂的动力学行为, 需要建立模型进行求解和迭代计算。基于改进的 Frantz-Nodvik 方程计算了Yb:KGW 晶体再生放大器的输出性质, 研究了泵浦强度、晶体长度和泵浦脉宽对放大 器输出性能的影响, 同时对不同重复频率再生放大器的输出行为进行了分析。在此基础上设计了再生放大器, 得 到了重复频率1 kHz、单脉冲能量1 mJ 的激光放大结果, 与理论分析结果符合得较好。该改进的Frantz-Nodvik 方程对于设计高重复频率、大能量且性能稳定的激光放大器具有参考价值。
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2.
扭曲厄米-高斯-谢尔模光束对两种 瑞利粒子的捕获
张 超, 韩亚帅, 周正仙, 屈 军∗
量子电子学报 2022, 39 (
5
): 742-751. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.05.007
摘要
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1167
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为探究聚焦扭曲厄米-高斯-谢尔模光束对瑞利粒子的捕获特性, 基于广义惠更斯-菲涅耳原理和瑞利散 射理论, 推导了扭曲厄米-高斯-谢尔模光束经过聚焦透镜后光强和辐射力的解析表达式, 并数值模拟分析了扭曲 厄米-高斯-谢尔模光束对瑞利粒子的辐射力随光束阶数、扭曲因子等光束参数和透镜焦距的变化规律。结果表 明, 扭曲厄米-高斯-谢尔模光束的光场分布在传输过程中逐渐分裂并绕着传输轴旋转; 梯度力和捕获稳定范围随 着光束阶数和扭曲因子增大而增大; 通过选择合适的光束参数和透镜焦距, 可以实现对不同折射率的两种瑞利 粒子的稳定捕获。研究结果对扭曲厄米-高斯-谢尔模光束在光镊技术中的应用具有一定的参考价值。
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3.
基于同心展宽器的飞秒啁啾脉冲放大研究
杨浩, 滕浩, ∗, 吕仁冲, 朱江峰∗, 魏志义,
量子电子学报 2022, 39 (
4
): 566-573. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.04.011
摘要
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1083
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在啁啾脉冲放大(CPA) 系统中, 时域展宽器与压缩器的匹配是获得高对比度飞秒脉冲的关键。相比较 常规的Martinez 和¨Offner 结构的展宽器, 基于同心结构的展宽器由于物与像完全重合, 可以消除像差带来的高 阶色散的影响, 进而采用光栅对压缩器以获得更好的压缩效果。透射光栅对和凹面反射镜组合实现的同心展宽 器具有结构紧凑的优点, 将该展宽器替代原有的Martinez 型展宽器, 在重复频率为1 kHz、泵浦功率为11.4 W 的泵浦条件下, 展宽后的啁啾脉冲经环形腔钛宝石再生放大器进行能量放大, 再由光栅对进行压缩, 可获得脉冲 宽度为47.5 fs 的压缩结果, 接近于光谱带宽22.1 nm 的傅里叶变换极限。该结果表明基于透射光栅的同心展宽 器可以获得较好的飞秒脉冲压缩效果。
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4.
CH3NH3PbI3 钙钛矿薄膜阵列光电探测器
叶雨琪, 王时茂, 单雪燕, 赵 啸, 孟 钢∗
量子电子学报 2022, 39 (
5
): 752-760. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.05.008
摘要
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987
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将光电性能优异、可通过低温溶液法制备的卤化物钙钛矿制成阵列型光电探测器, 必将推动其在成像、 光通信等领域中的应用。然而, 卤化物钙钛矿易被常规溶剂 (包括显影液) 溶解, 导致其与光刻工艺不兼容。自 组装单分子疏水层结合光刻工艺的亲水-疏水图形基底制备方法能解决制备过程中极性溶剂与钙钛矿材料不兼 容的问题, 通过简单的旋涂 (极性钙钛矿前驱体溶液仅在亲水图形区域浸润)、低温退火, 可以快速获得钙钛矿阵 列。CH3NH3PbI3 薄膜阵列光电探测器具有良好的光电性能, 530 nm 光辐照下探测率为 4.7 × 10 11 Jones, 响应度 为 0.055 A/W。这项工作为制备图案可控的钙钛矿薄膜阵列光电探测器提供了一种简单而有效的策略。
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5.
无拍频1570 nm 光纤激光器及其在 2 m 波段激光产生中的应用
李晨睿, 李香乐, 应佳峻, 吴怡童, 盛雨齐, 周勇, 高伟清
量子电子学报 2022, 39 (
4
): 591-597. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.04.014
摘要
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897
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实验研究了基于光纤布拉格光栅(FBG) 的直接输出1570 nm 单波长光纤激光器, 采用光纤耦合器搭建 塞格纳克宽带反射器并与部分反射光纤光栅构建直腔激光器, 通过优化光栅反射率和输出方向实现了最高谐振 效率为24.42%、最大输出功率为2.8 W、边模抑制比为65 dB 的1570 nm 光纤激光直接输出。通过增大腔长增 加激光器谐振纵模数量, 从而基于纵模间的平均效应实现了1570 nm 单波长光纤激光器的稳定无拍频输出, 进 而利用该激光器作为掺铥光纤的泵浦源实现了2 m 波段光纤激光器被动锁模输出。
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6.
具有M 形空穴阻挡层结构的AlGaN 基 深紫外激光二极管性能优化
张傲翔, 王瑶, 王梦真, 魏士钦, 王芳, 刘玉怀,
量子电子学报 2022, 39 (
4
): 583-590. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.04.013
摘要
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888
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为有效降低深紫外激光二极管(DUV-LD) 在n 型区的空穴泄露, 优化其工作性能, 提出了一种新颖的M 形空穴阻挡层(HBL) 结构。使用Crosslight 软件对矩形、N 形和M 形三种空穴阻挡层结构进行仿真研究和对 比, 发现M 形空穴阻挡层结构能够更有效地降低n 型区的空穴泄露, 增加量子阱内的辐射复合率, 同时降低激光 二极管的阈值电压与阈值电流, 提升激光二极管的电光转换效率与输出功率, 表明M 形空穴阻挡层结构能够有 效降低DUV-LD 在n 型区的空穴泄露并优化其工作性能。
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7.
LD 侧面泵浦 Tm:YAG 电光调 Q 激光的实验研究
钟玉龙, 程庭清∗
量子电子学报 2022, 39 (
5
): 736-741. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2022.05.006
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765
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介绍了一种激光二极管 (LD) 阵列侧面泵浦电光调 Q 的高峰值功率、窄脉宽的 Tm:YAG 激光器。使用 LGS 晶体作为电光 Q 开关, 研究了白宝石堆片和格兰棱镜分别作为起偏器时激光输出的特性。研究表明: 使用 白宝石堆片作为起偏器时, 随着泵浦能量的增加会有尾脉冲出现; 而使用格兰棱镜作为起偏器时, 则无尾脉冲。 使用格兰棱镜作为起偏器时, 该激光器输出激光中心波长为 2.02 µm, 在重复频率为 10 Hz 时, 可获得最大单脉冲 输出能量为 60 mJ、脉冲宽度为 65.6 ns、峰值功率为 0.91 MW、斜效率为 5.41% 的激光输出。
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8.
全固态瓦级 388 nm 紫外连续激光器
钱龙龙 , 沈 咏 , 刘 曲 , 邹宏新
量子电子学报 2023, 40 (
3
): 392-399. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.03.011
摘要
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304
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采用自行研制的776.9 nm半导体激光器作为种子源, 经过锥形半导体放大器并整形后得到2.3 W的基频光, 再利用Ⅰ类相位匹配的三硼酸锂晶体和蝶形倍频腔产生了388.4 nm紫外连续激光。分析了锥形放大器中热透镜效 应对光束质量的影响, 并通过透镜、柱面镜、棱镜对光束进行整形, 提高了倍频腔的输入耦合效率。进一步通过优化 倍频腔的束腰尺寸和腔参数, 提高了紫外激光二次谐波的转换效率。最终2.3 W的基频光产生940 mW的紫外倍频 光输出, 倍频效率达到41%。
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9.
基于石英玻璃掺铥光纤的单纵模 DBR 光纤激光器的研制
陈雨君 姚波 刘昊炜 魏珊珊 毛庆和
量子电子学报 2023, 40 (
1
): 56-61. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.01.006
摘要
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226
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研制了一种具有频率调谐功能的 2 µm 波段分布 Bragg 反射 (DBR) 型单纵模光纤激光器。该激光器基 于石英玻璃单模掺铥光纤和 793 nm 半导体激光器泵浦源, 其光电器件分离集成在 1U 机箱内。通过内置压电陶 瓷 (PZT), 可实现对激光频率的快速调谐,调谐范围约 6 GHz; 通过 TEC 温度控制, 可实现对激光频率在 29 GHz 范围内无跳模调谐。单纵模激光输出功率为 18.2 mW, 输出激光信噪比大于 60 dB, 泵浦转换效率达 27%。该激 光器样机可望在高分辨光谱、量子信息以及非线性频率变换等领域发挥重要作用。
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10.
深紫外飞秒激光脉宽测量
张艳琳, 游利兵, 王宏伟, 王琪, 胡泽雄, 范军, 方晓东,
量子电子学报 2023, 40 (
4
): 469-475. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.04.005
摘要
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219
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为准确测量193 nm 深紫外飞秒激光的脉冲宽度, 基于氟化钙的双光子荧光效应, 设计并搭建了用于紫外飞 秒激光脉冲的脉宽测量系统。双光子荧光信号强度与入射激光光强的平方依赖关系证明了获得双光子荧光信号的 可靠性。利用插入法进行了CCD 探测系统的数值标定, 获得单像素对应的时间尺度为7.35 fs。单脉冲测量下, 得到 193 nm 深紫外飞秒激光的脉宽为476.1 fs, 与利用光谱法进行测量计算得到的结果基本吻合。
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11.
基于阱式阶梯电子阻挡层的深紫外激光二极管性能研究
魏士钦 王瑶 王梦真 王芳 刘俊杰 刘玉怀
量子电子学报 2023, 40 (
1
): 62-68. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.01.007
摘要
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196
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为有效降低深紫外激光二极管 (DUV-LD) 在有源区的电子泄露, 提出了一种阱式阶梯电子阻挡层 (EBL) 结构。利用 Crosslight 软件对矩形、阶梯形和阱式阶梯形三种不同的结构分别进行了仿真研究, 详细对比分析 了三种结构器件的能带图、辐射复合率、电子空穴浓度、P − I 以及 V − I 特性等, 结果表明阱式阶梯 EBL 对电 子的泄露抑制效果最好, 从而使得器件的光学和电学性能得到优化。
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12.
准分子激光低抖动延时同步系统
胡泽雄, 游利兵, ∗, 寸 超, 王宏伟, 范 军, 王 琪, 张艳琳, 方晓东
量子电子学报 2023, 40 (
1
): 69-78. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.01.008
摘要
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195
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准分子激光放大技术可将固体掺钛蓝宝石飞秒激光器通过频率转换后得到的小能量深紫外飞秒脉冲放 大为大能量深紫外飞秒脉冲。为了满足准分子激光器与固体飞秒激光器之间同步工作的需要, 设计了一种准分 子激光低抖动延时同步系统。该系统采用现场可编程门阵列 (FPGA) 数字延时和可编程延时芯片延时相结合的 方法, 利用时间测量芯片实现对延时时间的闭环控制从而提高系统延时的稳定性, 最终实现对外触发脉冲信号 的精确延时。验证实验表明,该系统在 1∼100 Hz 频率下运行稳定, 输出触发脉冲信号延时范围为 56 ns∼2.4 µs, 理论延时步进为 10 ps, 抖动在 ±1 ns 内, 完全满足飞秒激光器与准分子激光器同步工作的需要。
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13.
γ 射线辐照对 Cr 掺杂 MgAl2O4 晶体光谱特征的影响
孙贵花∗, 张庆礼, 罗建乔, 高进云, 刘文鹏, 李加红, 陈迎迎
量子电子学报 2023, 40 (
1
): 79-84. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.01.009
摘要
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185
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104
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为评估辐照对 Cr:MgAl2O4 晶体光谱特性的影响, 采用辐照剂量为 100 Mrad 的 60Co γ 射线照射抛光后 的 Cr: MgAl2O4 晶体样品片, 测量了辐照前后的拉曼光谱、透射光谱和荧光特性, 并对辐照前后光谱变化的原因 进行了分析。研究结果表明: 样品的拉曼振动峰值的位置和强度都受到辐照的影响, 但振动峰的数量没有改变; 由于色心的吸收, 辐照后 250∼600 nm 波长范围内的透射率均明显降低; 辐照前后样品的荧光发射峰位一致, 但 辐照后荧光强度明显降低, 同时辐照后的荧光寿命显著增加。
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14.
单光子探测器制冷系统研究
吕海燕 , 洪占勇 , 杜先常 ,
量子电子学报 2023, 40 (
3
): 400-406. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.03.012
摘要
(
174
)
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负反馈雪崩光电二极管是一款单片集成负反馈电阻的砷化镓铟雪崩光电二极管光子计数器件。在基于负 反馈雪崩光电二极管的单光子探测器中, 高灵敏度的制冷系统是保障其正常工作的必备条件。采用被动制冷和主动 制冷相结合的方式, 设计了一套高灵敏度制冷系统。通过理论计算、仿真和实测该制冷系统, 表明该系统内部功耗降 低58.63%, 且在室温25 o C和高温65 o C环境下, 该系统均能使负反馈雪崩光电二极管工作温度控制在 (−20 ± 0.3) o C, 具有环境适应性强、制冷温差大、制冷温度可控等优点。
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15.
高环境适应性全固态激光器
段丹阳, 董云升, 张天舒, 吕立慧, 付毅宾, 高慧慧, 裴永康
量子电子学报 2023, 40 (
6
): 858-867. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.06.006
摘要
(
156
)
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108
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针对车载激光雷达对激光器光源的应用需求, 设计了一种高环境适应性、高重频的全固态激光器。设计上, 采用ABCD传输矩阵理论对谐振腔进行计算和分析, 实现了激光介质内泵浦光和振荡光最佳的模式匹配; 实验上, 进 行了谐振腔的胶水稳定性测试和局部温控测试, 从工艺上提高谐振腔的稳定性。通过测量激光器在高温、低温、振 动等不同工况下的功率稳定性, 证明了激光器具有高环境适应性。该激光器基于风冷散热实现了整机在 −10 o C至 55 o C温度范围内和公路谱振动条件下的稳定工作。在泵浦功率为8.31 W、声光调Q模式下, 获得了脉宽为7 ns、重复 频率为4 kHz、平均功率为0.95 W、单脉冲能量为0.24 mJ的532 nm绿光输出,满足激光雷达车载的应用需求。
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16.
半导体激光器驱动电路设计及实验研究
高彦伟, 张玉钧, 刘海秋, 马慧敏
量子电子学报 2023, 40 (
5
): 684-693. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.05.007
摘要
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145
)
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142
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可调谐半导体激光器是可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)系统的重要器件之一, 激光器输出波长的稳 定性直接决定系统测量的准确性和稳定性, 而注入电流和工作温度是激光器输出波长的主要控制因素。设计了激 光器驱动控制电路, 并利用PID 控制实现激光器工作温度的恒温控制, 不仅能提供高精度低噪声的注入电流, 而且 对激光器有完备的安全保护功能。首先对注入电流和温度控制进行了短期测试分析, 随后将设计的电路应用于中 心波长为1512 nm 的激光器, 开展了测试分析, 对激光器的温度、电流调谐特性进行研究, 并对激光器输出波长的稳 定性进行了短期和长期测试。结果发现激光器输出波长的标准偏差为0.0002, 满足TDLAS 系统对激光器恒流恒温 控制的要求, 表明该驱动控制电路实现了对半导体激光器的高精度驱动控制。
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17.
基于YAG/Nd: YAG/Cr4+: YAG 键合晶体 的被动调Q亚纳秒激光器
唐敬玲, 齐月, 白振旭, 齐瑶瑶, 丁洁, 颜秉政, 王雨雷, 吕志伟,
量子电子学报 2023, 40 (
4
): 483-491. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.04.007
摘要
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143
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全固态被动调Q 激光器有光束质量好、脉冲宽度窄、结构紧凑等特点, 在雷达探测、工业制造等领域具有广 泛应用前景。对YAG/Nd: YAG/Cr4+: YAG 键合晶体被动调Q 激光器的输出特性进行了理论和实验研究, 在泵浦光中 心波长为808 nm、光斑直径为230 μm、泵浦功率为6.72 W 的泵浦条件下, 获得了平均功率1.41 W、脉宽736 ps, 重复 频率8.46 kHz 的调Q 激光输出。进一步研究表明, 随着泵浦光焦点远离Nd: YAG 端面, 激光光斑的对称性下降; 且 泵浦光焦点离Nd: YAG 端面的距离沿晶体轴向增大时, 激光阈值呈上升趋势。
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18.
基于窄带耗散孤子Figure-9 光纤振荡器和单级 单模光纤放大器的皮秒脉冲光纤前端
张震, 段典, 陈雨君, 魏珊珊, 马金栋, 姚波, 毛庆和
量子电子学报 2023, 40 (
4
): 476-482. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.04.006
摘要
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126
)
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报道了一种基于Figure-9 光纤振荡器和单级单模光纤放大器的皮秒脉冲光纤前端。通过优化光纤振荡器腔 内光纤长度, 获得了中心波长约为 1064 nm、重复频率10 MHz、脉冲能量0.4 nJ 的自启动单脉冲锁模窄带耗散孤子皮 秒脉冲;通过优化光纤放大器的增益光纤长度, 对光纤振荡器产生的21.07 ps 脉冲进行单级单模光纤放大后, 脉冲能 量达10 nJ 时的脉冲光谱依然呈钟形结构, 3 dB 谱宽和脉宽分别为0.31 nm 和19.8 ps, 该皮秒脉冲光纤前端有望在精 密加工等领域发挥重要作用。
参考文献
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19.
光电反馈抑制DBR单纵模光纤激光器的弛豫振荡噪声
刘元煌 , 魏珊珊 , 陈雨君 , 姚波 , 毛庆和 ,
量子电子学报 2023, 40 (
5
): 677-683. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.05.006
摘要
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118
)
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151
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报道了使用光电反馈法对 1.5 μm 分布式布拉格反射 (DBR) 单纵模光纤激光器强度噪声的抑制结果。通过 分析光纤激光器的泵浦扰动到激光输出功率波动的传递函数, 发现其相频响应在弛豫振荡频率处有180°相位突变。 因此, 依据已有的商用比例积分 (PI) 控制电路设计并构建了一阶移相网络, 在弛豫振荡频率处提供45°超前相位以 补偿该频率处的相位突变。采用该反馈控制系统, 可将激光器的弛豫振荡峰由 −95 dB/Hz 降至 −125 dB/Hz, 抑制幅 度高达30 dB。抑制后的光纤激光器有望在精密测量等应用中发挥重要作用。
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20.
退火温度对蓝宝石衬底上Mg2Si薄膜质量和光学性质的影响
廖杨芳, 谢泉
量子电子学报 2023, 40 (
4
): 492-499. DOI: 10.3969/j.issn.1007-5461.2023.04.008
摘要
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116
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采用磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了结晶良好的Mg2Si 多晶薄膜, 研究了退火温度(375~475 oC)对薄膜 晶体结构、表面形貌、拉曼光谱和光学性质的影响。X 射线衍射(XRD)结果表明, 当退火温度为400 oC 时Mg2Si (220) 衍射峰强度最强, 样品结晶质量最好, 未见明显可观测的MgO 相。扫描电镜(SEM)结果表明, 所有样品表面 均呈现清晰可见的规则六边形, 且退火温度对形貌影响较小。拉曼光谱结果显示所有样品均呈现出Mg2Si 薄膜的特 征峰(256 cm-1附近的F2g振动模), 同时出现345 cm-1附近的F1u (LO)声子模, 表明生成样品均为结晶良好的Mg2Si 薄 膜。对薄膜光学性质的研究结果表明, 随着退火温度升高, 样品光学带隙先增大后减小。
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