基于原子天线的低频电场量子精密测量和应用

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作者 杜艺杰 吕子瑶 +4 位作者 胡伟东 何军 刘志慧 董涛 金世超 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期701-712,共12页

基于原子系综的量子精密测量体系具有高准确和高稳定的特点,是未来先进测量体系的发展方向之一。其中,基于里德堡原子的电场测量具有高灵敏、超宽带以及优异的电气隔离等特性,近年来受到广泛关注。然而,当前基于里德堡原子的电场量子精... 基于原子系综的量子精密测量体系具有高准确和高稳定的特点,是未来先进测量体系的发展方向之一。其中,基于里德堡原子的电场测量具有高灵敏、超宽带以及优异的电气隔离等特性,近年来受到广泛关注。然而,当前基于里德堡原子的电场量子精密测量研究多集中于微波频段,GHz以下的低频电场测量研究较少。鉴于DC~MHz频段电场的高灵敏探测在地球物理、生物传感、国防通信、太空探索等方面具有重要的科学意义和应用价值,本文梳理了DC~MHz频段的新型天线研究进展,综述了近年来原子天线技术的发展趋势,概述了基于里德堡原子的低频电场测量原理,并分析讨论了原子天线在灵敏度、瞬时带宽等关键性能指标方面的提升方案及在未来低频探测领域的潜在应用。 展开更多

关键词 量子信息 量子精密测量 里德堡原子 原子天线 低频电磁场

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连续变量量子密钥分发数据后处理研究进展

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作者 杨申申 卢青 +1 位作者 卢振国 李永民 《信息通信技术与政策》 2021年第7期8-16,共9页

连续变量量子密钥分发能够为合法通信双方提供信息理论上无条件安全的密钥,在信息安全领域有着广泛的应用前景,其中数据后处理单元是连续变量量子密钥分发系统中不可或缺的组成部分。首先阐述了连续变量量子密钥分发数据后处理的两个子... 连续变量量子密钥分发能够为合法通信双方提供信息理论上无条件安全的密钥,在信息安全领域有着广泛的应用前景,其中数据后处理单元是连续变量量子密钥分发系统中不可或缺的组成部分。首先阐述了连续变量量子密钥分发数据后处理的两个子过程(数据协调和私密放大)在系统中的重要作用及其对系统的影响;然后阐述了两个子过程的基本原理、主要方案和相关研究进展;最后讨论了数据后处理未来的技术发展路线。 展开更多

关键词 量子密钥分发 连续变量 后处理 数据协调 私密放大

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基于集成量子压缩光源的量子增强多普勒激光雷达(特邀) 被引量：8

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作者 高丽 张晓莉 +7 位作者 马菁汀 姚文秀 王庆伟 孙悦 刘尊龙 王雅君 田龙 郑耀辉 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期63-69,共7页

传统激光雷达探测灵敏度不断提高,但仍然受激光光源的量子噪声以及探测端引入的额外噪声等因素限制。为了进一步提高激光雷达的探测性能,提出利用量子压缩态光场作为激光雷达的本振信号提高激光雷达探测精度的新方案,分析了所提出方案... 传统激光雷达探测灵敏度不断提高,但仍然受激光光源的量子噪声以及探测端引入的额外噪声等因素限制。为了进一步提高激光雷达的探测性能,提出利用量子压缩态光场作为激光雷达的本振信号提高激光雷达探测精度的新方案,分析了所提出方案提高激光雷达探测精度的关键因素。制备了集成化低噪声压缩态光场并进行了激光雷达多普勒信息测量实验。实验结果表明,相较于传统相干多普勒激光雷达探测方案,所提方案实现了多普勒信息探测灵敏度3 dB的提升,为量子激光雷达中多普勒信息等微弱信号的探测提供研究途径。 展开更多

关键词 压缩态 量子增强 激光雷达 量子雷达

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利用非线性损耗提升全固态单频激光器输出功率研究进展(特邀)

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作者 卢华东 李佳伟 +2 位作者 靳丕铦 苏静 彭堃墀 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期31-42,共12页

全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需... 全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需求,因此亟需在保持全固态激光器整体性能的同时进一步提升激光器的输出功率。为此首先需要更高的泵浦功率,而这将使激光器内部增益提高,在腔内损耗不变的情况下,原非振荡模式也将满足起振条件,从而使激光器在跳模或多模状态下运转。此外,激光晶体的热效应和损伤阈值也限制了输出功率的提高。本文介绍了一种利用非线性损耗大幅度提升全固态单频连续波激光器的输出功率的技术和方法。通过在谐振腔中引入非线性损耗,使主模经受的非线性损耗是次模的一半。在模式竞争的作用下,谐振腔内的模式被更进一步的选择,从而允许全固态单频激光器在更高的增益下保持单纵模运转。通过在谐振腔内插入多块增益晶体可以有效缓解由于激光增益晶体热效应的限制,从而实现更高功率的单频激光输出。目前高功率全固态连续波激光器的输出功率已经达到了一百瓦的量级,且还在进一步提高。通过在谐振腔内引入非线性损耗,全固态单频连续波激光器的整体性能在得以保障和提高的同时,其应用范围也得到了进一步的推广。 展开更多

关键词 全固态激光器 非线性损耗 单频 高功率

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结合光电负反馈和模式清洁器的噪声抑制系统

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作者 吴紫伊 雷兴 +1 位作者 闫智辉 贾晓军 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期772-779,共8页

光场噪声的有效抑制是开展精密测量研究的基础,特别是现代量子信息科学对光场噪声提出了散粒噪声极限的要求。本工作研究了一种结合光电负反馈和模式清洁器的噪声抑制系统,在边带模型和郎之万方程的基础上,分析了噪声抑制系统输出光场... 光场噪声的有效抑制是开展精密测量研究的基础,特别是现代量子信息科学对光场噪声提出了散粒噪声极限的要求。本工作研究了一种结合光电负反馈和模式清洁器的噪声抑制系统,在边带模型和郎之万方程的基础上,分析了噪声抑制系统输出光场的噪声谱,讨论了光电负反馈回路的透射率、反馈增益以及光学模式清洁器的腔线宽对噪声抑制水平的影响。结果表明,该系统不仅可以有效抑制高频的强度噪声,使其达到散粒噪声极限,而且能够减小特定频率处的强度噪声。此外,引入带通滤波器能进一步扩展噪声抑制的水平和带宽。研究结果为实验研究提供了直接参考和必要基础。 展开更多

关键词 量子光学 强度噪声抑制 光电负反馈 模式清洁器

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太阳能直接泵浦固体激光器的研究进展(特邀)

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作者 徐学森 刘子琪 +3 位作者 周许 袁敏月 郭永瑞 卢华东 《光电技术应用》 2024年第6期1-9,74,共10页

太阳能直接泵浦固体激光器(solar direct pumped solid-state lasers, SDPSSL)是利用太阳能作为泵浦源抽运固体增益介质将太阳光直接转化为激光,具有结构简单、性能稳定、无污染等优点,在科学研究、工业以及国防安全领域具有广阔的应用... 太阳能直接泵浦固体激光器(solar direct pumped solid-state lasers, SDPSSL)是利用太阳能作为泵浦源抽运固体增益介质将太阳光直接转化为激光,具有结构简单、性能稳定、无污染等优点,在科学研究、工业以及国防安全领域具有广阔的应用前景。首先介绍了太阳能直接泵浦固体激光器的工作原理和工作物质;然后主要报道了太阳能直接泵浦固体激光器在三个不同发展阶段的输出激光功率特性;最后分析了当前太阳能直接泵浦固体激光器存在的问题并展望了该激光器的发展前景。 展开更多

关键词 太阳能泵浦源 固体激光器 直接泵浦 能量转换

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用于精密测量的低噪声激光器研究进展(特邀) 被引量：9

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作者 王雅君 高丽 +1 位作者 张晓莉 郑耀辉 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第12期101-113,共13页

激光精密测量的测量精度主要受限于光场噪声和各种技术噪声,在去耦合技术噪声后,光场量子噪声成为限制其测量精度的主要因素。文中针对全固态单频激光器强度噪声特性,阐述强度噪声的主要来源及其对功率噪声谱的影响,回顾了传统直流反馈... 激光精密测量的测量精度主要受限于光场噪声和各种技术噪声,在去耦合技术噪声后,光场量子噪声成为限制其测量精度的主要因素。文中针对全固态单频激光器强度噪声特性,阐述强度噪声的主要来源及其对功率噪声谱的影响,回顾了传统直流反馈控制、光学交流耦合反馈控制和量子压缩器三种强度噪声抑制技术。通过回顾相关技术的发展历程,总结了强度噪声抑制技术的当前发展水平和未来发展趋势——三种技术相结合的抑噪方案是解决高灵敏度探测的重要途径。 展开更多

关键词 单频激光器 强度噪声 精密测量 噪声抑制

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铒镱共掺三硼酸铝钇晶体维尔德常数的测量

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作者 王文荣 戚蒙 +2 位作者 李渊骥 冯晋霞 张宽收 《激光技术》 北大核心 2025年第2期223-226,共4页

为了利用激光增益介质自身的磁光效应,构建免额外磁光晶体的单向行波环形谐振腔或者单块非平面环形谐振腔,从而满足制备功率大于瓦级的连续波单频1.5μm固体激光器的应用需求,采用了磁光调制技术结合平衡探测技术的方法,对铒镱共掺三硼... 为了利用激光增益介质自身的磁光效应,构建免额外磁光晶体的单向行波环形谐振腔或者单块非平面环形谐振腔,从而满足制备功率大于瓦级的连续波单频1.5μm固体激光器的应用需求,采用了磁光调制技术结合平衡探测技术的方法,对铒镱共掺三硼酸铝钇晶体的维尔德常数进行了实验测量,得到了不同掺杂原子数分数及不同温度下晶体的维尔德常数。结果表明,当镱离子掺杂原子数分数为10%、15%、25%时,测得铒镱共掺三硼酸铝钇晶体的维尔德常数分别为48.11°/(T·m)、33.05°/(T·m)、10.88°/(T·m);当镱离子掺杂原子数分数为25%的铒镱共掺三硼酸铝钇晶体的控温温度从13℃提高到38℃时,晶体的维尔德常数从11.40°/(T·m)降低至10.15°/(T·m);铒镱共掺三硼酸铝钇晶体的维尔德常数与钇铝石榴石晶体可比拟;此外,该晶体具有明显的顺磁性,减小镱离子掺杂原子数分数,或者降低激光晶体控温温度将有助于提升激光晶体自身的磁致旋光特性。该研究为构建无额外磁光晶体的连续波单频固体激光器提供了参考。 展开更多

关键词 激光光学 维尔德常数 磁光调制 铒镱共掺三硼酸铝钇晶体 平衡探测

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面向空间引力波探测的低噪声平衡零拍探测系统研究(特邀) 被引量：4

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作者 王炜杰 李番 +6 位作者 李健博 鞠明健 郑立昂 田宇航 尹王保 田龙 郑耀辉 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期101-109,共9页

空间引力波探测频段位于0.1 mHz~1 Hz范围内,在该频段内包含了更大特征质量和尺度的引力波波源信息。目前,基于不同尺寸及空间轨道的大型激光干涉空间引力波探测计划已经逐步实施,其中在干涉仪的激光光源系统中,需要抑制激光强度噪声及... 空间引力波探测频段位于0.1 mHz~1 Hz范围内,在该频段内包含了更大特征质量和尺度的引力波波源信息。目前,基于不同尺寸及空间轨道的大型激光干涉空间引力波探测计划已经逐步实施,其中在干涉仪的激光光源系统中,需要抑制激光强度噪声及频率噪声等,光电探测作为激光噪声表征及抑制的第一级器件,其性能将直接影响激光噪声抑制效果。通过选定低噪声芯片、高稳定偏压系统的基础上,采用自减电路及跨阻放大电路进行整体电路设计;在电磁屏蔽、低温漂系数元件、低噪声供电以及主动温控等技术手段实现了高增益低噪声平衡零拍探测系统的研制;结合快速傅里叶变换法以及对数轴功率谱密度算法对其增益、带宽等性能进行评估测试,并进一步对激光的强度噪声在0.05 mHz~1 Hz频段进行探测表征。实验结果表明:所研发平衡零拍探测电子学噪声谱密度在1 mHz~1 Hz的频率范围内在3.6×10^(-5)V/Hz^(1/2)以下,小于空间引力波探测对激光光源噪声要求;进一步当入射光功率为400μW时,测量得到平衡零拍探测系统在0.1 mHz~1 Hz的频率范围内增益在20 dB以上;激光强度噪声谱密度在1 mHz处为3.6×10^(-2)V/Hz^(1/2),实现低噪声光电探测及激光强度噪声表征,为空间引力波探测中激光强度噪声表征及抑制等方面提供关键器件支撑。 展开更多

关键词 空间引力波探测 平衡零拍探测 真空噪声 对数轴谱密度算法

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利用模糊算法实现光学谐振腔锁定优化(特邀) 被引量：2

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作者 陈一路 冯艳妮 +1 位作者 闫智辉 贾晓军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第12期25-30,共6页

光学谐振腔不仅可以增强激光和物质的相互作用,而且能够抑制激光的噪声,是开展精密测量、量子光学等研究的重要工具。激光和光学谐振腔共振的稳定锁定是其应用的关键。然而,在实际环境中锁定效果会受机械振动、温度变化等因素的影响。... 光学谐振腔不仅可以增强激光和物质的相互作用,而且能够抑制激光的噪声,是开展精密测量、量子光学等研究的重要工具。激光和光学谐振腔共振的稳定锁定是其应用的关键。然而,在实际环境中锁定效果会受机械振动、温度变化等因素的影响。提出了将模糊算法应用于PDH(Pound-Drever-Hall)技术,使比例积分微分控制器的三个参数能够根据外界环境变化进行调节以实时获得最优参数,有效提升了光学谐振腔的锁定的抗干扰能力。如果外界干扰仍然过大以至于失锁,系统可以使其自动重新锁定。该系统有效增强了光学谐振腔的实用性,为光学谐振腔在精密测量、量子光学实验中的应用提供了技术基础。 展开更多

关键词 光学谐振腔 PDH技术 比例积分微分控制 模糊算法

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全固态单频连续波宽调谐钛宝石激光器研究进展(特邀) 被引量：4

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作者 魏娇 靳丕铦 +2 位作者 苏静 卢华东 彭堃墀 《光电技术应用》 2023年第5期19-29,共11页

全固态单频连续波钛宝石激光器具有线宽窄、光束质量好、噪声低和稳定性高等优点,尤其是其输出激光波长覆盖了650~1030 nm的红光和近红外波段,可以对应多种原子的跃迁吸收线,因而是原子物理、量子通信、拉曼光谱等研究领域中的重要光源... 全固态单频连续波钛宝石激光器具有线宽窄、光束质量好、噪声低和稳定性高等优点,尤其是其输出激光波长覆盖了650~1030 nm的红光和近红外波段,可以对应多种原子的跃迁吸收线,因而是原子物理、量子通信、拉曼光谱等研究领域中的重要光源。近年来,随着精密测量研究的快速发展以及量子模拟等新型研究的兴起,在关注全固态单频连续波钛宝石激光器的宽输出波段的同时,对钛宝石激光器的转化效率、输出功率、连续调谐能力、稳定特性及噪声特性提出了更高的要求。介绍了以提高全固态单频连续波钛宝石激光器性能为出发点所发展的自注入单向技术、超宽范围调谐技术、连续调谐技术,并综述了近年来所发展的各项技术在全固态单频连续波钛宝石激光器中的最新应用进展。 展开更多

关键词 单频 钛宝石 高功率 宽调谐 强度噪声

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抑制频率互调效应的阵列式光镊技术研究

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作者 王世珍 陈嘉怡 +2 位作者 李东豪 徐忠孝 申恒 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期166-172,共7页

由于TeO2声光偏转器(Acousto-optic deflector,AOD)具有超快的扫描速度、较宽的布拉格带宽以及大范围的偏转角度等优点,可以及时地改变光镊的位置,因此是获得无缺陷原子阵列的重要工具,在量子计算与模拟中具有重要的作用。但是,当声光... 由于TeO2声光偏转器(Acousto-optic deflector,AOD)具有超快的扫描速度、较宽的布拉格带宽以及大范围的偏转角度等优点,可以及时地改变光镊的位置,因此是获得无缺陷原子阵列的重要工具,在量子计算与模拟中具有重要的作用。但是,当声光偏转器输入含有多频率成分的信号时,会出现频率之间相互调制,导致衍射效率降低,出现不需要的衍射光且得到的衍射光强度分布不均匀等问题。基于此,对多个频率之间的相互调制过程进行了分析,通过对模型的计算分析得到了抑制频率互调的相位条件,并通过实验进行验证,再进行强度优化后得到强度分布相对均匀的光镊阵列。之后对互调过程进行仿真模拟,仿真结果显示与实验测量结果基本符合。对光镊阵列的参数测试显示,聚焦光镊的腰斑为1.5μm,现有实验光路可获得间距3μm的22×22的光镊阵列,满足中性原子阵列的实验需求。 展开更多

关键词 光镊阵列 声光偏转器 频率互调 中性原子阵列

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氮化硅微环的共振锁定

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作者 张宇萌 文宇杰 +4 位作者 何秉秀 成家霖 申恒 闫智辉 贾晓军 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第12期72-77,共6页

氮化硅微环是一种被广泛应用的集成光学器件,产生用于精密测量的光频梳及用于量子信息的光量子态。其中氮化硅微环的稳定锁定是实现实际应用的关键。该文利用氮化硅微环的热自稳定性与Pound-Drever-Hall(PDH)技术,实现了氮化硅微环的共... 氮化硅微环是一种被广泛应用的集成光学器件,产生用于精密测量的光频梳及用于量子信息的光量子态。其中氮化硅微环的稳定锁定是实现实际应用的关键。该文利用氮化硅微环的热自稳定性与Pound-Drever-Hall(PDH)技术,实现了氮化硅微环的共振锁定。实验中结合高精度的激光波长调谐特性,将其稳定在微环共振波长附近,再通过PDH技术进行共振锁定。结果表明,该锁定技术在氮化硅自身的热自稳定性基础上通过精确锁定氮化硅微环,克服了扰动等影响,实现了不同功率的稳定输出。当输出功率约为38.9 mW时,对应的标准差为0.016 mW。该技术可为氮化硅微环在量子光学等领域的应用提供研究基础。 展开更多

关键词 氮化硅微环 热自稳定性 PDH技术 锁定精度

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内调制技术和Pound-Drever-Hall技术对894.6nm倍频腔的稳频比较 被引量：3

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作者 张岩 刘超 +1 位作者 肖长顺 张俊香 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期47-50,共4页

为了对抽运源的稳频技术做出对比和选择,采用内调制技术和相位调制光外差技术,以周期性极化KTP晶体作为非线性晶体,实现了894.6nm连续光两镜驻波倍频腔的稳频运转。结果表明,在不同注入光功率下,用这两种方法锁定倍频腔后获得的蓝光功... 为了对抽运源的稳频技术做出对比和选择,采用内调制技术和相位调制光外差技术,以周期性极化KTP晶体作为非线性晶体,实现了894.6nm连续光两镜驻波倍频腔的稳频运转。结果表明,在不同注入光功率下,用这两种方法锁定倍频腔后获得的蓝光功率基本相同;在最大注入光功率为350m W时,获得178m W的447.3nm蓝光,相应的转化效率为50.8%;在最大注入光功率下,利用内调制技术和相位调制光外差稳频技术获得的蓝光在2h内功率起伏分别为3.4%和2.3%。该研究对获得稳定输出的447.3nm蓝光用来制备铯原子D1线的非经典光的实验是有帮助的。 展开更多

关键词 激光技术 倍频 相位调制光外差技术 内调制技术

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光栅反馈频率可调谐扩展腔半导体激光器 被引量：2

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作者 杨旭东 李淑静 +1 位作者 曹学敏 王海 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期645-647,666,共4页

为了实现半导体激光器在795nm处的单模输出,采用输出端面镀有增透膜的半导体激光二极管作光源,用光栅反馈的方法构成扩展腔,研制了波长为795nm、频率可调谐半导体激光器,并对该激光器进行了实验测试,可知其频率连续调谐范围约7.6GHz,激... 为了实现半导体激光器在795nm处的单模输出,采用输出端面镀有增透膜的半导体激光二极管作光源,用光栅反馈的方法构成扩展腔,研制了波长为795nm、频率可调谐半导体激光器,并对该激光器进行了实验测试,可知其频率连续调谐范围约7.6GHz,激光线宽约为2.5MHz,运行在110mA时输出功率达43mW。结果表明,该半导体激光器可用于激光与铷原子相互作用中的量子相干效应的研究。 展开更多

关键词 激光技术 扩展腔半导体激光器 增透膜 光栅反馈 拍频

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单片机控制LCD在激光精密温控仪中的应用

16

作者 邹宏新 王尚廉 《电子工程师》 2004年第2期13-16,共4页

利用单片机编程灵活方便的特点 ,通过在程序中对温控仪的热敏电阻反馈回来的电压值进行线性逼近 ,弥补由于热敏电阻的非线性问题所造成的影响 ,将修正后的结果在液晶显示屏 (LCD)中显示 ,以利于对终端被控对象的温度控制及适时监测。文... 利用单片机编程灵活方便的特点 ,通过在程序中对温控仪的热敏电阻反馈回来的电压值进行线性逼近 ,弥补由于热敏电阻的非线性问题所造成的影响 ,将修正后的结果在液晶显示屏 (LCD)中显示 ,以利于对终端被控对象的温度控制及适时监测。文中介绍了硬件原理、A/D转换器和LCD的应用 。 展开更多

关键词 单片机 LCD 液晶显示屏 激光测量 温度控制仪 电路结构 工作原理

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全固态单频激光器输出耦合镜透射率的优化(特邀) 被引量：1

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作者 郭永瑞 盛宏远 +2 位作者 张娜娜 陈珊珊 卢华东 《光电技术应用》 2022年第4期47-52,共6页

基于激光器单频运转的物理条件,理论模拟分析了高功率激光器满足临界单频运转条件对应的输出耦合镜透射率与注入泵浦功率之间的关系。根据理论模拟结果,对于端面泵浦单增益介质的激光器在注入泵浦功率为115 W和端面泵浦双增益介质激光... 基于激光器单频运转的物理条件,理论模拟分析了高功率激光器满足临界单频运转条件对应的输出耦合镜透射率与注入泵浦功率之间的关系。根据理论模拟结果,对于端面泵浦单增益介质的激光器在注入泵浦功率为115 W和端面泵浦双增益介质激光器在注入泵浦功率为240 W时,实验上分别选取透射率为25%和37%的输出耦合镜,在单谐振腔中分别实现了输出功率达51 W和101 W的单频连续波1 064 nm激光器,对应的光—光转换效率分别为45.9%和42.9%,实验结果与理论预期吻合。 展开更多

关键词 全固态激光器 高功率 单频 高稳定性

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