绝对测温转动拉曼激光雷达分光系统设计及性能

为实现转动拉曼激光雷达的绝对测量温度技术,设计并测试了多通道转动拉曼分光系统.提出了一阶闪耀光栅与光纤Bragg光栅组成的两级并行多通道拉曼分光系统,优化了其核心级联器件(微米级光纤阵列)的参数及光路结构;仿真分析了一级分光系统的分光光路,转动拉曼谱线最大离心伸缩量约为0.0031 nm,离心伸缩比为0.69%;实验测试表明一级分光系统各转动拉曼通道的通道系数均在0.75以上,提取到拉曼光谱的实测中心波长与理论值的最大偏差约为0.0398 nm,偏离度为8.86%,可提供对弹性散射信号27 dB以上的有效抑制,结合已有光纤Bragg光栅二级分光实现高达62 dB弹性散射的抑制效果,可以实现对单条偶转动量子数转动拉曼谱线的精细光谱提取.     

单模石英光纤受激拉曼散射温度特性研究

研究了在不同温度下单模石英光纤的受激拉曼散射光谱,从实验和理论上分析了温度对拉曼散射光谱特性的影响,在脉冲调Q倍频YAG激光的泵浦作用下,获得了石英光纤一级斯托克斯光的拉曼频移、带宽及光强随温度的变化规律。实验表明随着温度的升高,拉曼频移逐渐增大,在一定的温度范围内拉曼频移和温度成线性关系。在相同的泵浦功率作用下,当温度较低时,拉曼光谱的级次较低, 低温对高阶斯托克斯光有抑制作用; 温度越低其阈值越高;而拉曼光谱的谱线宽度随温度的变化不是线性的,存在一个谱线宽度极大值点。理论和实验表明温度对光纤受激拉曼散射的光谱特性有直接的影响。     

高保偏光纤前方受激拉曼散射光谱特性的研究

系统的研究了石英系高保偏双折射光纤的受激拉曼光谱的特性,给出了七级斯托克斯谱和一级反斯托克斯谱.测试了各级拉曼谱的阈值、谱宽和拉曼增益，分析了形成各级拉曼谱的能量转移机理.     

仿宝石塑料材料的拉曼光谱分析

应用便携式拉曼光谱仪对赛璐珞、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯这4种较为常见的仿宝石塑料材料进行了分析测试研究,获得它们的标准拉曼光谱.然后将它们与其对应的被仿宝石(象牙、琥珀、珍珠、水晶)的拉曼光谱分别进行了比对分析.研究结果表明,因其分子结构存在较大差异,其拉曼光谱的差异也比较显著,从拉曼光谱上就能准确地将它们辨别出来.从而找到了一种便捷、准确、快速、无损的鉴定宝石与其塑料仿品的方法.     

银溶胶自组装表面增强光纤拉曼探针的研究

利用表面增强拉曼 (SERS)技术对光纤表面进行修饰 ,构造了表面增强光纤拉曼光谱传感器。选取了几个有代表性的分子作为检测样品 ,得到了低浓度样品的SERS光谱。结果表明 ,可以将制备SERS活性基底的方法移植到光纤表面来制备SERS活性光纤探针。     

液芯光纤光谱仪

液芯光纤可以使拉曼光谱强度提高103倍。将液芯光纤既作为样品池又作为前置放大系统,研制成功了体积小、重量轻、成本低、灵敏度高的小型拉曼光谱仪。结果表明:通过对液体及溶在液体中的样品进行自发拉曼光谱、共振拉曼光谱的测量,获得了理想的拉曼光谱。     

基于拉曼光谱技术的海水微塑料快速识别技术研究

近年来由于塑料的大量使用和排放,这些塑料经环境作用破碎变成微塑料大量汇聚到海洋中,导致海洋中聚集大量微塑料。微塑料形状较小,难以识别其来源与种类。激光拉曼探测技术具有快速、无损、且各物质指纹峰明显易被精确识别等优点,近年来被广泛应用。本文基于拉曼光谱探测技术,提出了一种结合小波处理、随机森林算法实现海水中微塑料快速识别的智能分类方法。针对六种典型的海水微塑料标准样品（丙烯腈(A)-丁二烯(B)-苯乙烯(S)的三元共聚物（ABS）、聚酰胺（PA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC））,采用激光拉曼探测技术进行光谱数据收集,对获取的拉曼光谱采用小波基为DB7、分解次数为3的小波,标准差归一化进行了拉曼光谱预处理。为了提高识别速度,同时还需要对光谱数据进行数据压缩预处理,分别进行了数据压缩点为64,128,256,512和1 024点的数据压缩比较,它们的决策树算法识别精度分别为91.51%,91.67%,92.35%,93.17%和93.21%,随机森林算法识别精度分别为93.12%,93.92%,94.83%,96.81%和96.81%,实验结果表明,微塑料的拉曼光谱压缩为512点时为效率和精度的最佳压缩点,可以为实际工程应用中微塑料拉曼数据压缩提供参考。分别采用决策树、随机森林两种算法进行微塑料拉曼光谱识别研究。研究结果表明,基于拉曼光谱数据,随机森林算法的识别微塑料交叉验证精度高于决策树算法。为进一步提高识别精度,进行了模型参数（折次k）优化研究,采用经过优化后的模型参数（k=20）,随机森林算法识别微塑料的交叉验证精度可以达到97.24%。可以为实际海水中微塑料的快速识别提供技术参考。     

基于空芯光纤增强拉曼光谱气体探测方法研究

拉曼光谱技术具有多组分同时探测、分析周期短和非接触等特点,被应用于多个领域,但是由于较低的探测灵敏度,限制了拉曼光谱技术的发展。针对提高拉曼光谱技术对气体探测灵敏度问题,本文设计并搭建了一套基于空芯光纤气体拉曼光谱增强系统,开展了空芯光纤拉曼光谱系统和后向散射拉曼光谱实验系统对比实验研究。实验结果表明,空芯光纤对信号、背景和噪声都具有放大效果,以空气中氮气和氧气为探测物质,与后向拉曼光谱信号相比,在相同探测时间情况下,信号强度增强60倍以上,信噪比增强约6倍;在相同探测强度情况下,探测时间仅为后向散射的1/60,噪声为后向散射拉曼系统的1/2。     

液芯光纤方法研究溶剂对分子拉曼光谱强度的影响

液芯光纤可以大幅度提高拉曼光谱强度. 本文用液芯光纤方法测量了CCl4 在CS2 和C6H5Br中不同浓度下459 cm-1,314 cm-1和218 cm-1的拉曼光谱强度,验证了一些溶剂使某些分子拉曼光谱增强的溶剂效应.     

全光纤高效超连续谱光源实验研究

 报道了一个全光纤的高效率超连续谱产生系统,系统采用增加一段匹配光纤的办法解决增益光纤和光子晶体光纤直接熔接损耗较大的问题,并且对匹配光纤和光子晶体光纤熔接对准过程进行实时监控,使熔接损耗降到最低,从而实现了较高的全系统转换效率(76%)和较好的光束质量。实验研究了超连续光谱展宽的过程,结果显示：超连续谱展宽的初始阶段,拉曼效应和自相位调制效应起主要作用,光谱呈现长波方向展宽较多的非对称性,并出现明显的拉曼斯托克斯峰;光谱继续展宽时,满足相位匹配条件的四波混频开始起作用,拉曼效应产生的加宽光谱成分作为四波混频参量过程的泵浦,使光谱开始向长波和短波两个方向扩展。     

组合光纤中受激拉曼散射和四波混频研究

在抽运光和耦合条件不变的情况下,研究了熔接组合的非零色散位移单模光纤(NZDSF)和标准单模光纤(SMF)中的受激拉曼散射(SRS)和四波混频(FWM)产生和传输特征。采用532 nm脉冲激光抽运NZDSF,从20 m处开始产生以LP₀₁模传输的SRS第一级Stokes光;紧接着在30 m处产生了FWM,SRS受到FWM抑制,传输模式逐渐转化为LP₁₁模;经过80 m处熔接点后,由于熔接处双锥光纤结构使光场模式互相干涉,光波模式恢复为LP₀₁模,FWM受到抑制。该现象和机理有利于抑制密集波分复用(DWDM)系统中光学非线性失真和促进光孤子通信系统的发展。     

单模石英光纤中受激喇曼散射的研究

利用连续光纤激光器为泵浦源,对单模石英光纤中的受激喇曼散射进行了实验研究.在较低功率泵浦下,观察到由自发喇曼散射向受激喇曼散射演化的过程中,光谱不断变窄;当Stokes波信号功率较强时,观察到光谱峰值相对于泵浦波的频移量从440 cm－1转化到490 cm－1.在改进耦合系统后,不仅观察到一级喇曼频移,并且观察到了高阶Stokes光.在产生多级喇曼光谱时能量移动比较复杂,每两级的喇曼频移间隔并不完全相同.     

Stimulated Raman scattering influenced by concentration,fluorescence profile and bandwidth of β‐carotene in liquid‐core optical fiber

We demonstrated stimulated Raman scattering (SRS) of carbon disulfide (CS₂) influenced by β‐carotene in a liquid‐core optical fiber (LCOF). Owing to the double fluorescence characteristics and large third‐order optical nonlinearity of β‐carotene, the high‐order Stokes lines, such as the seventh‐order Stokes line of CS₂, can be observed at a relatively low input‐laser power. The thresholds of Stokes lines lowered with the addition of the carotenoid when the concentration of solution was within 10⁻¹² and 10⁻⁷ mol/L; the threshold increments and intensities of Stokes lines were correlative with the fluorescence profile of β‐carotene: when the fluorescence intensity of the wavenumber region on the spectrum was high, the Stokes line intensity was also high and its threshold increment was small, and vice versa. These results are expected to be worthy of the applications on the tunable laser and the seeding laser. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

光纤喇曼放大泵浦光与信号光的关联研究

分析了信号光入射后可能发生的效应基于电磁场理论,综合光纤受激喇曼散射(SRS)效应、建立了光纤喇曼放大泵浦光与斯托克斯光、信号光的关联方程,给出了系统增益形成正反馈条件的表达式,结果表明:在光纤参量满足增益正反馈的条件下,当SRS增益对应于非饱和增益工作状态时入射信号光得到放大,SRS增益愈高则放大倍数愈高,并有区段上SRS增益相对低时其关联程度相对高.     

1064 nm激光抽运单模光纤受激喇曼散射的理论分析

基于已有理论模型,利用1 064 nm 连续波抽运源在不同抽运光强下对不同长度光纤抽运所产生的受激喇曼散射现象进行数值模拟,并对模拟结果作了分析.研究发现:发生受激喇曼散射现象时,抽运光强和光纤长度发生兑换;能量红移现象普遍存在,包括同阶Stokes光谱内部和不同阶的Stokes光谱之间.抽运光强越大,能量红移现象越明显.     

大功率激光单模光纤远距离传输的注入光纤光功率限值分析

对于大功率激光单模光纤远距离传输, 采用传统的受激拉曼散射(SRS)阈值作为注入光纤激光功率值取值过大。本文对单模光纤远距离传输过程中泵浦光和拉曼斯托克斯光(Stokes)光功率随注入光纤激光功率的变化进行仿真与理论分析。根据光纤中SRS产生的机理, 提出以拉曼Stokes光在单模光纤中传输的光功率变化曲线曲率极大值点对应的注入激光功率为限值, 对注入单模光纤光功率限值随着光纤长度变化进行仿真, 通过曲线拟合得出注入单模光纤激光功率限值公式, 并搭建实验系统进行验证。结果表明, 提出的注入单模光纤激光功率限值适用于大功率激光远距离单模光纤传输。     

罗丹明B荧光增强苯受激拉曼散射研究

将液芯光纤技术与荧光增强受激拉曼散射技术相结合,能够大大增强受激拉曼散射光谱强度,降低受激拉曼散射阈值。通过对罗丹明B苯溶液在液芯光纤中的受激拉曼散射进行研究,结果表明:荧光染料Rhodamine B可以降低苯溶液的各阶受激拉曼散射阈值近一个数量级;在一定浓度范围内(10-6mol/L~10-8mol/L)各阶Stokes阈值随浓度降低而降低,并在理论上给出了解释。并且理论推导了在荧光种子作用下的四阶耦合波方程。液芯光纤中的受激拉曼光谱技术在对实现宽带受激辐射激光器、种子激光,以及生物大分子结构研究、生物分子的非生物过程研究等领域等有光明应用前景。     

单模石英光纤中连续波泵浦SRS谱的演化

利用连续波掺Yb双包层光纤激光器为泵浦源,对单模石英光纤中受激Raman散射谱的形成过程进行了实验研究结果表明,由自发Raman散射向受激Raman散射演化的过程中Stokes谱宽度不断变窄当Stokes波信号功率较强时,在Raman光谱内部会出现能量红移现象,使Stokes光谱峰值相对于泵浦波的频移量从440cm^-1转化到490cm^-1.     

单模圆光纤中受激拉曼散射光谱偏振特性的研究

研究了单模圆石英光纤在不同偏振光泵浦条件下,受激拉曼散射(SRS)各级斯托克斯光的拉曼阈值和频移特性,同时测试了光纤输出端的泵浦光和斯托克斯光的偏振状态.分析了偏振光在单模圆光纤中传输时偏振状态的变化.