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外腔共振和频系统中阻抗匹配的理论研究

闫晓娟 马维光 谭巍

外腔共振和频系统中阻抗匹配的理论研究

闫晓娟, 马维光, 谭巍
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  • 外腔共振是提高和频效率的有效方法. 实现外腔共振高效和频需要基频光高效地耦合到外部谐振腔中, 因此系统要达到阻抗匹配. 本文分别建立了双波长和单波长外腔共振和频系统的理论模型, 分析了腔增强因子与耦合腔镜反射率、入射基频光功率等参数的依赖关系, 通过数值模拟获得最优化的共振光耦合腔镜反射率, 使系统达到阻抗匹配, 提高和频效率. 研究表明, 无论双波长还是单波长外腔共振和频系统, 共振基频光的最佳耦合腔镜反射率只会随着另一束共振或者不共振的基频光入射功率的增加而减小, 而其本身的入射功率变化则影响较小; 进一步分析表明, 若共振基频光的耦合腔镜反射率超过阻抗匹配值, 和频光功率将会迅速减小, 而小于阻抗匹配值时, 和频光功率减少速度相对较慢, 因此实验过程中要尽量避免过耦合的情况出现. 本文的理论分析过程将对外腔和频实验有一定的指导意义.
      通信作者: 闫晓娟, yanxj@sxu.edu.cn
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2012CB921603)、国家自然科学基金(批准号: 61178009, 61275213, 11304189)和山西省青年科学基金(批准号: 2015021105)资助的课题.
    [1]

    Franken P A, Hill A E, Peters C W, Weinreich G 1961 Phys. Rev. Lett. 7 118

    [2]

    Maker P D, Terhune R W, Nisenoff C M, Savage C 1962 Phys. Rev. Lett. 8 21

    [3]

    Giordmine J 1962 Phys. Rev. Lett. 8 19

    [4]

    Foltynowicz A, Ban T, Masłwski P, Adler F, Ye J 2011 Phys. Rev. Lett. 107 233002

    [5]

    Sugiyama K, Kawajiri S, Yabu N, Matsumoto K, Kitano M 2010 Appl. Opt. 49 5510

    [6]

    Hollemann G, Braun B, Dorsch F, Hennig P, Heistulf P, Kutschki U, Voelckel H 2000 Proc. SPIE 3954 140

    [7]

    Wang P Y, Xie S Y, Bo Y, Wang B S, Zuo J W, Wang Z C, Shen Y, Zhang F F, Wei K, Jin K, Xu Y T, Xu J L, Peng Q J, Zhang J Y, Lei W Q, Cui D F, Zhang Y D, Xu Z Y 2014 Chin. Phys. B 23 094208

    [8]

    Yan X J, Li Z X, Zhang Y Z, Tan W, Fu X F, Ma W G, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2012 Acta Sin. Quantum Opt. 18 197 (in Chinese) [闫晓娟, 李志新, 张永智, 谭巍, 付小芳, 马维光, 张雷, 尹王保, 贾锁堂 2012 量子光学学报 18 197]

    [9]

    Boyd G D, Kleinman D A 1968 J. Appl. Phys. 39 3597

    [10]

    Wen X, Han Y H, Bai J D, He J, Wang Y H, Yang B D, Wang J M 2014 Opt. Express 22 32293

    [11]

    Yang W H, Wang Y J, Zheng Y H, Lu H D 2015 Opt. Express 23 19624

    [12]

    Yan X J, Li Z X, Zhang Y Z, Wang L, Hu Z Y, Ma W G, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2011 Acta Phys. Sin. 60 104210 (in Chinese) [闫晓娟, 李志新, 张永志, 王乐, 胡志裕, 马维光, 张雷, 尹王保, 贾锁堂 2011 物理学报 60 104210]

    [13]

    Tan W, Fu X F, Li Z X, Zhao G, Yan X J, Ma W G, Dong L, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2013 Acta Phys. Sin. 62 094211 (in Chinese) [谭巍, 付小芳, 李志新, 赵刚, 闫晓娟, 马维光, 董磊, 张雷, 尹王保, 贾锁堂 2013 物理学报 62 094211]

    [14]

    Bienfang J C, Denman C A, Grime B W, Hillman P D, Moore G T, Telle J M 2003 Opt. Lett. 28 2219

    [15]

    Kumagai H 2007 Opt. Lett. 32 62

    [16]

    Andersen M T, Schlosser P J, Hastie J E, Tidemand-Lichtenberg P, Dawson M D, Pedersen C 2009 Opt. Express 17 6010

    [17]

    Mimoun E, Sarlo L D, Zondy J J, Dalibard J, Gerbier F 2010 Appl. Phys. B 99 31

    [18]

    Samblowski A, Vollmer C E, Baune C, Fiurek J, Schnabel R 2014 Opt. Lett. 39 2979

  • [1]

    Franken P A, Hill A E, Peters C W, Weinreich G 1961 Phys. Rev. Lett. 7 118

    [2]

    Maker P D, Terhune R W, Nisenoff C M, Savage C 1962 Phys. Rev. Lett. 8 21

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    Wen X, Han Y H, Bai J D, He J, Wang Y H, Yang B D, Wang J M 2014 Opt. Express 22 32293

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    Yan X J, Li Z X, Zhang Y Z, Wang L, Hu Z Y, Ma W G, Zhang L, Yin W B, Jia S T 2011 Acta Phys. Sin. 60 104210 (in Chinese) [闫晓娟, 李志新, 张永志, 王乐, 胡志裕, 马维光, 张雷, 尹王保, 贾锁堂 2011 物理学报 60 104210]

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    Samblowski A, Vollmer C E, Baune C, Fiurek J, Schnabel R 2014 Opt. Lett. 39 2979

  • [1] 谭巍, 付小芳, 李志新, 赵刚, 闫晓娟, 马维光, 董磊, 张雷, 尹王保, 贾锁堂. 基于单波长外腔共振和频技术产生波长可调谐589 nm激光及钠原子饱和荧光谱的测量. 物理学报, 2013, 62(9): 094211. doi: 10.7498/aps.62.094211
    [2] 王争, 赵新杰, 周铁戈, 岳宏卫, 阎少林, 何明. 嵌入到Fabry-Perot谐振腔的双晶约瑟夫森结阵列的阻抗匹配和相位锁定研究. 物理学报, 2010, 59(5): 3481-3487. doi: 10.7498/aps.59.3481
    [3] 谭巍, 邱晓东, 赵刚, 侯佳佳, 贾梦源, 闫晓娟, 马维光, 张雷, 董磊, 尹王保, 肖连团, 贾锁堂. 高效频率转换下双波长外腔共振和频技术研究. 物理学报, 2016, 65(7): 074202. doi: 10.7498/aps.65.074202
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    [8] 王 鹏, 赵 环, 王兆华, 李德华, 魏志义. 飞秒与皮秒激光脉冲的主动同步及和频产生宽带超短激光的研究. 物理学报, 2006, 55(8): 4161-4165. doi: 10.7498/aps.55.4161
    [9] 张彦鹏, 冯 宇, 余孝军, 汪 杰, 李创社, 宋建平, 侯 洵, 甘琛利, 卢克清. 阿秒极化拍的V型三能级对称二阶相干理论. 物理学报, 2005, 54(2): 726-735. doi: 10.7498/aps.54.726
    [10] 李斌, 姚建铨, 丁欣, 王鹏, 张帆. 激光二极管抽运共轴双晶体黄光激光器. 物理学报, 2011, 60(2): 024208. doi: 10.7498/aps.60.024208
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    [12] 肖柏勋, 程用志, 肖婷, 杨河林. 圆环结构人工电磁吸波材料的仿真与实验研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5715-5719. doi: 10.7498/aps.59.5715
    [13] 邱小浪, 王爽爽, 张晓健, 朱仁江, 张鹏, 郭于鹤洋, 宋晏蓉. 双波长外腔面发射激光器. 物理学报, 2019, 68(11): 114204. doi: 10.7498/aps.68.20182261
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    [19] 牛海莎, 祝连庆, 宋建军, 董明利, 娄小平. 激光器内腔频差对双折射外腔激光回馈系统输出影响的理论及实验研究. 物理学报, 2018, 67(15): 154201. doi: 10.7498/aps.67.20180230
    [20] 王杰, 韩勤, 杨晓红, 倪海桥, 贺继方, 王秀平. 高稳定线性调谐GaAs基波长可调谐共振腔增强型探测器. 物理学报, 2012, 61(1): 018502. doi: 10.7498/aps.61.018502
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-09-10
  • 修回日期:  2015-10-23
  • 刊出日期:  2016-02-05

外腔共振和频系统中阻抗匹配的理论研究

  • 1. 山西大学物理电子工程学院, 太原 030006;
  • 2. 山西大学激光光谱研究所, 太原 030006
  • 通信作者: 闫晓娟, yanxj@sxu.edu.cn
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号: 2012CB921603)、国家自然科学基金(批准号: 61178009, 61275213, 11304189)和山西省青年科学基金(批准号: 2015021105)资助的课题.

摘要: 外腔共振是提高和频效率的有效方法. 实现外腔共振高效和频需要基频光高效地耦合到外部谐振腔中, 因此系统要达到阻抗匹配. 本文分别建立了双波长和单波长外腔共振和频系统的理论模型, 分析了腔增强因子与耦合腔镜反射率、入射基频光功率等参数的依赖关系, 通过数值模拟获得最优化的共振光耦合腔镜反射率, 使系统达到阻抗匹配, 提高和频效率. 研究表明, 无论双波长还是单波长外腔共振和频系统, 共振基频光的最佳耦合腔镜反射率只会随着另一束共振或者不共振的基频光入射功率的增加而减小, 而其本身的入射功率变化则影响较小; 进一步分析表明, 若共振基频光的耦合腔镜反射率超过阻抗匹配值, 和频光功率将会迅速减小, 而小于阻抗匹配值时, 和频光功率减少速度相对较慢, 因此实验过程中要尽量避免过耦合的情况出现. 本文的理论分析过程将对外腔和频实验有一定的指导意义.

English Abstract

参考文献 (18)

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