针对磁流体的光学磁光特性, 着重介绍了常见的5种类型的光纤磁场传感器, 包括基于干涉机理的光纤磁场传感器、基于光纤光栅结构的光纤磁场传感器、基于倏逝波机理的光纤磁场传感器、基于表面等离子体共振机理的光纤磁场传感器和基于光子带隙效应机理的光纤磁场传感器,分别分析了各种磁流体光纤磁场传感器的技术性能, 并指出其技术难点, 最后展望了磁流体光纤磁场传感器的研究方向。

采用密度泛函B3LYP方法在6-311++G基组下优化基态CF4分子,计算出CF4分子键长、偶极距、Mulliken电荷布居分布、分子前线轨道能量和红外光谱等数据,并且在此基础上采用杂化CIS方法计算CF4分子前9个激发态,得到分子激发能、波长和振子强度。研究得出随着电场强度的增加(电场范围在-0.04~0.04a.u.),CF4分子F2—C1键长随着电场强度增加而增大,其余键长减小,分子偶极距先减小后增加,C1电荷布居数先减小后增大,F2电荷布居数线性减小,F3、F4和F5电荷布居数线性增大,分子能隙逐渐减小,在外电场作用下CF4分子结构对称性破坏,红外光谱吸收峰数量增多,吸收峰吸收强度发生不同改变。分子前9个激发态受电场影响明显,激发能随着电场的增加大致呈现先增大后减小的趋势,激发态波长基本为先发生蓝移现象,后呈现红移现象,振子强度变化剧烈,为从光谱方面研究激发态做出理论计算。

以速率方程为基础建立理论模型, 采用迭代计算方法, 对单程端面泵浦铷蒸气激光器的阈值特性进行了详细研究。研究表明, 铷室温度和长度对阈值泵浦功率密度的影响具有等价性, 存在使阈值功率密度达到最小的最佳铷室长度与温度组合。泵浦光线宽对阈值功率密度的影响基本呈线性; 泵浦光线宽越宽, 泵浦光中心波长与铷原子吸收波长的偏移量对阈值功率密度的影响越小; 存在最佳的铷原子吸收线宽, 使阈值功率密度达到最小; 为减小阈值功率密度, 铷室窗口片应尽量考虑镀膜, 谐振腔输出耦合率不宜大于80%。

采用线宽0.26 nm的Littrow外腔巴条半导体激光器泵浦增益长度8 mm缓冲气体为80 kPa甲烷的铯(Cs)蒸气室，在Cs蒸气室温度120 ℃时，我们获得了394 mW的894.6 nm线偏振Cs蒸气激光，光光效率7.4%，斜率效率11.2%，阈值功率为1.72 W。

针对中心波长780 nm的商用连续波半导体激光器，使用斩波器将连续激光变为脉冲输出形式，用2400 line/mm的平面全息光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.2 nm以下。采用透镜组对线宽压窄后的半导体激光进行光束整形，半导体激光经线宽压窄和光束整形后，经透镜聚焦进长约8 mm的铷蒸气泡进行半导体泵浦碱金属激光实验。首次出光得到17.5 mW的基模线偏振铷激光; 在最新的改进实验中，半导体泵浦铷激光输出功率已达到2.8 W。

基于Kogelnik理论模型，以平面波为入射光，分析了双体布拉格光栅(VBG)的反馈特性。理论分析表明，采用双VBG结构，通过控制两个VBG的中心波长差，可以使光栅反馈的效率提高，带宽加宽。对于由两块带宽100 pm、衍射效率20%的VBG组成的双VBG反馈系统，中心波长相同时，衍射效率最大(33.3%); 中心波长相差84 pm时，其带宽为单VBG带宽的1.8倍(180 pm)。由于VBG的中心波长存在温度漂移特性，因此通过改变双VBG结构中VBG的温度可以实现衍射效率和带宽的改变，为泵浦源的优化提供有效可行的方法。

在激光二极管LD泵浦铷蒸气激光器中, 窄线宽半导体激光是实现铷蒸气激光高效率输出的关键技术之一。基于体布拉格光栅(VBG)外腔技术, 实现了40 W功率0.14 nm线宽的780 nm激光输出。采用半导体制冷片(TEC)控制VBG温度, 使得该激光器空气中波长可从779.35 nm调谐至780.10 nm, 可用于铷蒸气激光的高效泵浦。

采用步进电机控制光栅角度，对200 μm和600 μm圆柱透镜准直的体布拉格光栅(VBG)外腔单管C封装半导体激光器进行了系统研究。实验结果表明:激光二极管(LD)驱动电流越大，准直效果越好，VBG的角度调整容差越小;快轴方向的准直效果越好，慢轴方向的光栅调节角度容差越大;对于衍射效率28%、厚1.4 mm的光栅，LD快轴发散角为7.3 mrad时，快轴方向的角度容差不大于3.2 mrad，慢轴方向的角度容差较快轴大约一个数量级。

半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)是一种具有广阔应用前景的激光器，近年来发展迅速。使用碱金属铷所需要的中心波长为780 nm的半导体激光器线阵作抽运源，采用平面衍射光栅搭建Littrow外腔将线宽压窄至0.13 nm，并使用斩波器将半导体激光变为脉冲输出形式。采用透镜组合对窄线宽半导体激光进行光束扭转整形，整形后光斑近似为方形。半导体激光经线宽压窄和光束整形后，被聚焦进铷蒸气泡，泡内充入79 kPa甲烷作为缓冲气体。控制铷蒸气泡温度为145 ℃，注入谐振腔的抽运光峰值功率为最高13 W时，获得了峰值功率2.8 W的线偏振铷激光输出，光光转换效率达21%。

采用2400 l/mm的平面光栅搭建Littrow外腔压窄半导体激光器输出激光线宽，获得中心波长可调的线宽0.16 nm的半导体激光作为铷蒸气激光的泵浦源。实验中，使用斩波器将泵浦光变为脉宽1 ms，重复频率100 Hz的重复脉冲形式，聚焦进长度为8 mm的铷蒸气泡，泡内充入79 kPa甲烷作为缓冲气体。进入铷蒸气泡的泵浦光峰值功率为1.84 W时，控制铷泡温度在125 ℃，获得了峰值功率17.5 mW的基模线偏振铷激光输出。