Y型腔正交偏振双频激光器及微力测量研究

摘要

双频激光器广泛应用于干涉和光学传感测量领域，其测量精度和量程决定于双频激光器频差稳定性以及频差输出范围。Y型腔正交偏振双频激光器具有零频差闭锁、频差输出范围大、高频差稳定性等潜在优势，有望在高速大量值以及精密测量中发挥重要作用。
　　本文主要研究一体化 Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁、频差稳定性及其在微力测量中的应用。为进一步改善 Y型腔正交偏振双频激光器性能，推进其在精密加速度、微力测量等领域的应用提供理论与实验依据。
　　首先对影响 Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差的因素进行了系统分析。理论分析了工作点、泵浦电流以及损耗等因素对激光器闭锁阈值频差影响，实验重点研究了泵浦电流和工作点对闭锁阈值频差影响。在电流允许范围内，激光器闭锁阈值频差随泵浦电流值增大而减小；工作点越靠近增益曲线中心，激光器闭锁阈值频差越小。泵浦电流大于2.2mA时，调节激光器公共腔长获得最佳工作点，激光器闭锁阈值频差可降至几MHz。
　　系统研究了磁场抑制 Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁问题。从磁光效应出发，理论分析了磁场抑制双频激光器频差闭锁原理。利用方体线圈产生均匀磁场，通过Ansoft Maxwell软件对方体线圈内磁场分布进行了仿真分析。对横向磁场抑制 Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁效果进行了实验研究，结果表明，泵浦电流为1.8 mA条件下，当磁场强度大于10 mT时，激光器闭锁阈值频差可降至几十K Hz，实现了激光器的零频差闭锁。
　　对Y型腔正交偏振双频激光器频差稳定性进行了研究。理论与实验研究表明，环境气流、泵浦电流稳定性以及温度分布是影响双频激光器频差稳定性主要因素。激光器自身热源带来的两子腔温度梯度随机变化成为限制激光器频差稳定性提高的关键因素。
　　利用 Y型腔正交偏振双频激光器搭建了气体膜盒结构微力测量系统，开展了静态微力测量实验研究。采用大挠度下的集中力模型对微力测量原理进行了理论推导，通过实验对微力测量系统性能进行了分析。实验表明，当力值小于7mN时，激光器输出频差变化量与待测力间成线性关系，比例因子为91.23842×10 Hz/N；待测力大于7mN后，激光器频差变化量发生非线性变化。激光器频差漂移及待测力作用点成为影响微力测量系统精度的主要因素。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 双频激光器概述

1.2 Y型腔正交偏振双频激光器概述

第二章 Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差的影响因素研究

2.1 模式耦合系数影响因素理论研究

2.2 Y型腔正交偏振双频激光器闭锁阈值频差影响因素实验研究

2.3 本章小结

第三章 横向磁场对Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁的抑制作用研究

3.1 横向磁场抑制Y型腔正交偏振双频激光器频差闭锁理论研究

3.2 磁场结构设计及仿真分析

3.3 横向磁场抑制Y 型腔正交偏振双频激光器频差闭锁实验研究

3.4本章小结

第四章 Y型腔正交偏振双频激光器频差稳定性研究

4.1 影响Y型腔正交偏振双频激光器频差稳定性因素理论浅析

4.2 影响Y型腔正交偏振双频激光器频差稳定性实验研究

4.3 本章小结

第五章 基于Y型腔正交偏振双频激光器的微力测量

5.1 微力测量概述

5.2 基于Y型腔正交偏振双频激光器的微力测量原理

5.3 微力测量实验研究

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要研究工作

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A 格拉斯通-戴尔（Gladstone-Dale ）常数