1.5μm激光雷达相干探测CO_2与风场系统设计与仿真(英文)

探测低空大气CO2浓度的同时可以探测大气风场。采用相干探测较非相干探测具有更高的信噪比,而目前1.5μm波长由于在人眼安全、系统设计简单廉价等方面存在一定优势,使1.5μm可能成为未来探测气溶胶激光雷达的主流波长。本文阐述了激光雷达相干探测大气CO2与风场的原理,设计了1.5μm相干探测激光雷达系统,并对系统的信噪比进行了估算,得出结论:1.5μm相干探测风场与CO2是可行的,经过3分钟的脉冲积累,在3km处仍具有高于10的信噪比值。     

基于波数分辨的低相干干涉台阶高度测量系统的研究

提出一种基于波数分辨的低相干干涉台阶高度测量系统。由宽带光源发出的光通过光纤迈克耳孙干涉仪获取被测量信息,色散光栅将宽谱干涉光束色散成波长在空间连续分布的光片,由线阵CCD探测。将线阵CCD的各个像元探测到的各个波长干涉信号转换成对应的波数干涉信号。对于波数干涉信号,相邻两个干涉信号峰值之间的波数变化量与干涉仪光程差的绝对值呈正比。因此,利用此测量系统可实现对台阶高度等物理量的绝对测量。利用缩短测量系统中光纤迈克耳孙干涉仪的两个干涉臂的长度减小环境干扰对测量系统的影响,获得高测量精度。本测量系统的测量分辨率为6.03 nm。对一个高度为50μm的台阶重复10次测量,测量结果的标准差为6.8 nm。     

双波长光学低相干干涉术用于血氧饱和度测量的数值分析

提出了采用双波长光学低相干干涉仪（Optical low coherence interferometer，OCI）来测量人体视网膜血管中血氧饱和度（Oxygen Saturation，SO2）的方法．详细阐述了双波长光学低相干干涉术用于血氧饱和度测量的基本原理，并分析了OCI中双波长的选择原则．基于内径为200μm的毛细玻璃管的简易人眼视网膜血管模型，分别模拟了光源中心波长为680nm和820nm时血液血氧饱和度由40％提高到60％时对应干涉信号的变化．数值分析表明，要判别20％的血氧饱和度变化，0CI系统灵敏度至少要达到70dB．     

用于无创血糖检测的调频连续波激光雷达技术理论分析

连续无创血糖检测能够更好地实现对糖尿病的管理和治疗.提出一种利用调频连续波(FMCW)激光雷达技术实现无创血糖测量的方案,通过检测皮肤散射系数的改变来测量血糖浓度的变化.与传统的光学相干层析成像血糖检测法相比,结构更简单,利于实现仪器的小型化、便携化.FMCW激光雷达无创血糖测量系统采用差分干涉的方法,将时域的信号转移...     

棱镜法测量水的色散

本文改进了测量液体折射率的一种方法，由原先对单色波长光源测量液体折射率发展为用复合光源（汞灯）直接测量色散．在原先两个等边三棱镜之间加入液体膜，在利用全反射原理的基础上，增加了一个棱镜用于产生色散．测出了水对于不同波长的光的色散，与文献对照不确定度在0．1％以内．最后对这种测量方法作了讨论．     

提高光学相干层析成像纵向分辨率的方法

光学相干层析成像技术是一种新型的成像技术，能实现对活体生物组织（透明和不透明）非接触、无伤害、高分辨率的体内断面成像。光学相干层析成像利用相干门技术，其纵向分辨率取决于光源的相干长度，要进一步提高它的纵向分辨率必须从光源入手，本文对采用不同光源提高光学相干层析成像纵向分辨率的方法进行了详细的讨论。     

用于频域光学相干层析成像的深度分辨色散补偿方法

提出一种深度分辨的色散补偿方法,用于增强频域光学相干层析成像的纵向分辨率。将频域光学相干层析成像采集的干涉谱信号傅里叶变换到空域,获取对应不同深度的干涉谱条纹相位,通过对其进行调整实现对被测样品不同深度处的色散的精确补偿。避免传统方法中采用统一色散系数进行色散补偿所带来的过补偿与欠补偿误差,可以有效消除色散引起的频域光学相干层析成像系统点扩展函数的展宽和扭曲。模拟和实验结果表明,基于深度分辨的色散补偿方法在样品的全深度探测范围内可以达到较佳的补偿效果,可有效提高光学相干层析成像系统的纵向分辨率。     

周期极化KTiOPO4晶体连续倍频绿光输出

采用外加电场极化方法，在Z切1mm厚的KTiOPO4晶体中实现了周期性极化反转。晶体的极化反转周期为9．0／μm，相互作用长度为3mm。波长为1．064μm的基频光功率为900mW，晶体中心温度为32℃时，获得0．532μm、22μW的倍频绿光输出，二次谐波转换效率为0．0024％。     

表面粗糙度测量的磁光位相调制和锁相干涉

提出了一种表面粗糙度测量的新方法，该方法采用了微分偏振干涉的原理，利用由法拉第磁光调制器所组成的调制系统对偏振干涉光路的位相进行调制，利用锁相干涉原理对位相进行探测，该方法可实现无参考面快速非接触测量，在普通实验条件下，也可保持良好的稳定恶性循环 ，实验装置即可给出表面的轮廓又可给出其它统计数据，其横向分辨率为１．２μｍ纵向为２ｎｍ。     

基于量子级联激光的大区域SF6泄露实时检测

采用量子级联激光器的可调谐半导体激光吸收光谱技术及可移动开放式光路系统在线检测泄露区域的SF_6气体.光路系统位于高压组合电器间隔周围,与传感系统通过非接触组合.中红外激光器的工作温度在10℃且注入电流为680 mA时发射频率范围可覆盖SF_6气体的选择波长.通过对大区域实验舱的内环境进行多次抽取分离,得到二次谐波吸收的精确背景吸收,利用10.55μm的可调谐激光传感系统对泄露扩散平衡后的SF_6气体进行测量,扣减背景吸收后得到泄露SF_6气体的二次谐波吸收光谱.研究结果表明:14.3 m的开放式光路下,气相色谱-热导率检测器溯源校准数据与可调谐半导体激光吸收光谱技术检测一致性良好,最大偏差为2.26%,二次谐波最大信号幅值与测量浓度具有较高拟合度,拟合系数为0.998,SF_6体积浓度的检测下限为1.8×10~(-6).该研究可为SF_6气体泄露提供一种全新的检测方法,从而实现高压组合电器大区域环境下SF_6气体实时在线监测.     

衍射透镜补偿声光偏转器扫描飞秒激光的色散

在飞秒激光随机扫描双光子显微成像系统中使用宽带二维声光偏转器扫描飞秒激光,可以增大扫描角度至74 mrad,增大双光子显微成像范围。但宽带二维声光偏转器在大角度扫描时引入的色散较大,造成成像范围边缘的光斑严重畸变,边缘光斑直径达2.3 μm,影响边缘视场的成像质量。为了提高成像质量,设计了一种新的色散补偿方法,基于衍射透镜组成的开普勒望远系统,可以同时补偿不同扫描角度的不同色散。经过色散补偿后成像边缘的光斑直径小于1 μm,使系统获得大范围扫描成像的同时,所有扫描角度的色散都能够得到很好的补偿,在整个视场范围内光斑直径小于1 μm,实现更均匀的荧光激发,均匀成像。     

包层空气孔渐变的准光子晶体光纤的色散特性研究

设计了一种准光子晶体光纤,其包层由呈准周期分布的空气孔构成,其中靠近芯区的空气孔的直径是渐变的.采用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分(FDFD)方法对其色散特性进行了数值分析,计算了孔间距取1.5μm～2.2μm,最小空气孔直径分别取0.4μm～0.6μm,从第一层到第三层直径线性递增量分别为0.1μm和0.2μm的条件下,这种光纤基模的色散曲线.结果表明:通过调节包层中三种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这四个参数,可以得到不同平坦水平的色散曲线,甚至于超低超平坦的色散曲线.例如,当孔间距取1.7μm,空气孔直径分别取0.5μm、0.7μm、0.9μm,在1.4μm～1.7～m波段内,这种光纤的色散值可以控制在6.0±3.0 ps/km.nm范围内.     

激光晶体角色散对克尔透镜锁模激光器二阶、三阶色散的影响

对常规的带有棱镜对色散补偿的四镜腔固体克尔透镜锁模激光器,现有文献只考虑晶体的材料色散而忽略了晶体的斜入射所带来的角色散.首次给出了由于在晶体处的斜入射,不同波长的光线在该激光谐振腔中的振荡回路.给出了考虑晶体处的斜入射后二阶、三阶色散的解析表达式.并计算了斜入射带来的对激光晶体和棱镜对系统二阶、三阶色散的影响.     

蛋白溶液浓度对动态光散射测量结果的影响

蛋白质在生命活动中起着重要作用,一直是人们研究的热点,动态光散射技术由于其快速、准确、对样品无损坏等优点,而成为研究蛋白质的重要手段之一。本文采用美国布鲁克海文公司提供的BI-200SM激光散射仪对浓度分别为0.1mg/mL、0.5mg/mL、1mg/mL、5mg/mL、10mg/mL的牛血清白蛋白溶液进行动态光散射测量,讨论了光强自相关曲线和粒径测量的相对误差随浓度的变化关系,研究了蛋白浓度对测量结果的影响。实验结果表明,在一定浓度范围内,光强自相关函数曲线的稳定性随浓度增加而增加,而自相关曲线的迟豫时间随着溶液浓度的增加而减小,粒径测量的相对误差也随着浓度的增加而逐渐减小。     

复合六边形空气孔格点光子晶体光纤的色散特性分析

提出了一种复合六边形空气孔格点光子晶体光纤,其包层是由两种不同大小的空气孔组合而构成的。利用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分法(FDFD)对其色散特性进行了数值分析。结果表明,通过调节包层中两种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这三个参量,可以得到不同水平的平坦色散曲线,甚至超低超平坦的色散曲线。在孔间距Λ取2.1μm,小尺寸空气孔直径取0.5μm,大尺寸空气孔直径取0.8μm的条件下,在1.48~1.78μm的波长范围内得到了0±0.545 ps/(km.nm)的色散。     

Sedimentation equilibria of ferrofluids: I. Analytical centrifugation in ultrathin glass capillaries

Analytical centrifugation is used for the first time to measure sedimentation equilibrium concentration profiles of a ferrofluid, a concentrated colloidal dispersion of strongly absorbing magnetic nanoparticles. To keep the optical absorbance from becoming too strong, the optical path length is restricted to 50 μm by placing the dispersion in a flat glass capillary. The concentration profile is kept from becoming too steep, despite the relatively high buoyant mass of the nanoparticles, by making novel use of a low-velocity analytical centrifuge that was not designed to measure equilibrium profiles. The experimental approach is validated by comparison with profiles obtained using an analytical ultracentrifuge. At concentrations of a few hundred grams per liter, the osmotic pressures calculated from the equilibrium profiles are lower than expected for hard spheres or non-interacting particles, due to magnetic dipolar interactions. By following the presented experimental approach, it will now also be possible to characterize the interparticle interactions of other strongly absorbing colloidal particles not studied before by analytical centrifugation.     

Dispersion-based optical coherence tomography OCT measurement of mixture concentrations

We present a low-coherence technique for the measurement of concentrations in aqueous solutions. It is based on a second-order dispersion measurement using the phase of the Fourier transform of the interferogram term obtained with an unbalanced Michelson interferometer. We demonstrate this approach by concentration measurements of aqueous mixtures of NaCl and glucose solutions. Results show errors between a few percent for high concentrations, up to 31% for low concentrations. The application of such a technique in OCT might require ultrahigh depth resolution and/or other scattered photon rejection techniques.     

用斜入射光反射差法无标记实时监测不同浓度兔IgG和山羊抗兔IgG反应的动力学过程

用斜入射光反射差法无标记实时监测1.25 mg/mL, 2.50 mg/mL和5.00 mg/mL三种不同浓度兔IgG和浓度为0.02 mg/mL山羊抗兔IgG反应的动态过程, 同时监测和获得三种不同浓度IgG反应的动力学曲线以及相应的反应时间. 实验结果表明, 斜入射光反射差法不仅能无标记地判别生物分子之间是否发生反应, 而且能无标记实时监测生物分子反应的动力学过程, 在生物分子相互作用的研究方面具有潜在和广泛的应用前景.     

双芯复合格点光子晶体光纤的负色散特性

介绍了一种双芯复合格点负色散光子晶体光纤,其包层是由连续电介质纯硅背景上挖出的两种大小不同的空气孔构成,芯区是由掺锗的高折射率的材料构成。为了实现负色散,还移去了包层中的一圈空气孔。采用频域有限差分法对其负色散特性进行分析表明,通过调整空气孔间距和两种空气孔的尺寸,可以得到不同程度的宽带负色散。当内芯半径取0.95μm,孔间距取2.15μm,大空气孔直径取1.9μm,小空气孔直径取1.1μm时,可在1.55μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了200 nm。这种光纤的包层中空气孔呈六边形分布,空气孔的尺寸均大于1μm,降低了制作的难度。这种光纤可以用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿。     

Nonlinear optical and optical limiting properties of individual single-walled carbon nanotubes

A large number of individual single-walled carbon nanotubes (SWNTs) were obtained by dilution of nanotube dispersions in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). Up to 70% individual SWNTs are contained in the NMP dispersions with concentrations of less than 4.0×10^-3 mg/mL. The nonlinear optical and optical limiting properties of SWNT dispersions were studied by using the Z-scan technique at 532 nm. As the concentration of SWNTs is increased, the nonlinear extinction (NLE) and optical limiting effects improve significantly, while the limiting thresholds decrease gradually. The individual SWNTs show similar NLE effect to zinc phthalocyanine nanoparticles, while also exhibiting larger NLE coefficients than Mo₆S_4.5I_4.5 nanowires.