表面热透镜薄膜吸收测量灵敏度提高方法

为提高表面热透镜薄膜吸收测量仪的灵敏度，在表面热透镜衍射理论基础上，通过数值模拟给出了探测激光腰斑半径、探测激光腰斑到样品表面距离、样品到探测光纤端面距离等仪器参数的优化方法. 经优化调整后该仪器能达到优于0.1ppm量级的薄膜吸收率测量灵敏度. 关键词： 吸收测量 表面热透镜 光热形变 薄膜     

固体激光棒热透镜焦距的测量

固体激光棒中的热透镜效应对激光器的性能有很大的影响.在固体激光器的热稳腔的设计中也需要知道激光棒的热透镜焦距的数值,因此测量激光棒的热透镜焦距是必要的和有意义的.我们采用类似于文献[1]中的方法,测量了三种常用的固体激光棒在泵浦期间和泵浦后,各个时刻的热透镜焦距的数值.在单脉冲泵浦期间,红宝石、Nd:YAG和钕玻璃三种激光棒的热透镜焦距均为负值. 测量热透镜焦距的原理如图1所示.设He-Ne探测激光束的束腰半径为ω0,束腰和光阑离热透镜的距离分别为d1和d2。ωn和ωm分别为存在热透镜(例如负透镜)和无热透镜时探测激光束到达光…     

热透镜效应探究与氯化钠溶液浓度的测量

文章针对热透镜效应进行探究，使用波长为632.8nm的低功率(P<5mW)氦氖激光作为光源，以酱油为材料，通过调节，从两个方面上对热透镜现象进行演示.第一，通过拍摄，从视觉上观察到光斑大小的变化；第二，采用光阑法，使用RS232光电型功率计测量样品池放置样品前后，光屏上光斑半径的大小，在本实验中观察到放入样品后光斑半径减小.最后，对热透镜效应的大小与样品池的厚度进行探究，发现在一定范围内，热透镜效应随着样品池的厚度的增加而增强，随着氯化钠溶液浓度的增大也增强.     

LD端面泵浦Nd∶YAG激光器中的热透镜焦距

采用热透镜焦距的理论计算与实验测量相比较的研究方法，得到一种端泵固体激光器出激光时的在线测量方法.通过建立热透镜等效腔模型以及腔型分析求解得出腔内光束束腰半径,用刀口法测出DPL腔外的远场发散角,根据发散角与透镜变换前后的束腰关系，得出LD端面泵浦Nd∶YAG激光器中的热透镜焦距.结果表明,通过上述方法所得结果与理论计算的热透镜焦距吻合,证实此方法准确、可行.     

金属特性对激光诱导击穿光谱最佳实验参数的影响

采用波长为532nm的单脉冲激光诱导两种金属样品铜和锌，产生等离子光谱，固定激光能量40mJ、门宽100ns、光谱仪入射狭缝0.1mm、ICCD增益100等参数，研究金属样品物理化学特性对汇聚透镜焦点到样品表面距离、ICCD采集延迟等最优化实验参数的影响.实验中分别选取铜样品Cu（I）521.82nm和锌样品Zn（I）481.053nm谱线作为LIBS信号，实验测定的透镜焦点在距样品表面不同距离处的LIBS信号强度，结果表明铜和锌样品的聚焦透镜焦点分别在样品表面内距表面的距离为5mm和5.5mm时得到光谱信号强度最大；铜和锌的ICCD探测延时分别为1300ns和1100ns时等离子体光谱信号的信噪比最大并具有可观测的强度，依据铜和锌样品物理化学特性的差异对实验结果进行了合理的分析与讨论，为后续研究金属样品LIBS技术的基底效应、纳米结构增强激光诱导击穿光谱机理提供数据参考.     

热透镜效应下的克尔透镜锁模

讨论了在增益介质与克尔介质分离情况下热透镜效应对克尔透镜锁模的影响，计算了克尔透镜锁模在热不敏感腔中需满足的条件，结果表明，通过适当地调整激光腔参数，有可能实现热不敏感的克尔透镜锁模。最后通过计算机数值模拟获得了对典型振荡腔设计参量的修正。     

一种毛细管聚焦的便携式微束X射线荧光谱仪

基于毛细管X光透镜技术的便携式能量色散X射线荧光分析因其无损分析等优点成为分析文物样品的有利工具。但由于文物样品的表面不平整或弧度以及毛细管X光透镜聚焦X射线的特点，导致在测量过程中样品测量点与毛细管X光透镜出端之间的距离产生变化，引起照射样品的X射线束斑大小发生改变，从而影响测量结果的准确性和元素区域扫描的分辨率。介绍了本实验室自行研发的一种新型便携式微束X射线荧光谱仪，此谱仪主要是由SDD X射线探测器、30 W低功率X射线管、毛细管X光透镜、CCD和一个新型闭环控制系统构成。该闭环控制系统是在激光位移传感器能够精确控制样品测量点到毛细管X光透镜出端距离的基础上，结合LabVIEW语言环境下开发的计算机控制程序以及步进电机、样品台等器件组成。基于此系统，该实验室研发的便携式微束X射线荧光谱仪在测量过程中可以时刻保证照射样品的X射线光斑大小固定不变。同时，该谱仪还可以通过调整样品测量点到透镜出端的距离来选择不同尺寸的X射线照射光斑。为了验证设备的可行性，使用该便携式微束X射线荧光谱仪在激活激光位移传感器和关闭激光位移传感器两种情况下测量了一块表面不平整古陶瓷样品釉彩层中K，Ca，Zn和Fe等元素的含量及分布，并将测量结果进行了对比。结果显示，在激活激光位移传感器的情况下测得的样品微区元素含量与真实值较接近，扫描区域元素分布图的分辨率更好，表明本谱仪基于激光位移传感器开发的自动调整样品测量点到透镜出口端距离的闭环控制系统能有效的减少由于样品表面不平整或弧度带来的测量误差，弥补了现有微束X射线荧光谱仪在此方面的不足。因此，本便携式微束X射线荧光谱仪在无损分析检测文物方面具有潜在的应用前景。     

Z-扫描参量对薄膜材料三阶非线性光学特性的影响

采用数值计算方法对薄膜材料的Z-扫描参量进行研究.对不同激光脉宽下Z-扫描的三阶非线性折射系数和吸收系数进行分析,结果显示不同等级的脉宽激光器对计算结果的数量级影响很大.对不同小孔光阑半径的Z-扫描闭孔曲线进行仿真,结果显示光阑小孔越小,获得特征曲线的峰谷值越明显.对不同光阑离透镜焦点的距离值进行Z-扫描闭孔曲线仿真,结果显示距离为1/2透镜焦距值时闭孔Z-扫描曲线能得到相对较大的峰谷差值.数值分析结果与相关文献报道的实验结果基本一致.     

面向激光等离子体尾波加速的毛细管放电实验研究

具有合适径向密度分布的等离子体通道可以用于超短超强激光导引,这使得等离子体通道在激光尾波加速中有着重要的应用.本文介绍了在上海交通大学激光等离子体实验室开展的毛细管放电和光导引实验.通过光谱展宽法测量了充氦气的放电毛细管中的等离子体密度分布,在长度为3 cm、内径为300μm的毛细管中实现了轴向均匀,径向呈抛物线型的等离子体密度分布.通过改变放电延时和喷气时长,确定和优化了产生等离子体通道的参数区间,得到的最大通道深度为28μm,与实验中使用的激光焦斑半径匹配.在此基础之上,开展了不同能量的激光脉冲在放电等离子体通道中的导引研究,结果发现当通道深度与焦斑半径匹配时,激光可以不散焦地在通道中传输,实现激光导引.这项研究为未来的激光尾波级联加速和锁相加速等研究奠定了基础.     

激光医学中热响应的遥测技术研究

采用辐射温度测量技术实现了激光与生物组织热响应的无损监测.便携式红外辐射监测仪内置LD红光指示和对准音提示，在距离红外透镜25 mm处最小物面孔径为2.5 mm.靶点组织的温升变化是激光输出参量和被测生物组织自身的光、热物理特性的综合反映，与可能产生的疗效密切相关.实验记录了单个红宝石激光脉冲、连续CO2激光作用下多种组织的热响应过程，从辐照时间、温升峰值、上升时间等角度讨论了不同组织、不同条件下组织热响应的差异.     

平顶光端面抽运DPL中热效应对输出功率的影响

用平顶光束描述由多根光纤紧密排列耦合并经透镜整形后的抽运光分布，给出了平顶光束的光强分布，对晶体热效应引起的热致衍射损耗随抽运功率和抽运光束半径的变化规律进行了数值计算，讨论了晶体热效应引起的热致衍射损耗对基横模高斯光束输出功率的影响，并实验验证了基横模高斯光束输出功率随抽运功率的变化规律．结果表明：热致衍射损耗使基横模高斯光束输出功率明显降低．随着抽运光束半径的增大，热致衍射损耗减小，对基横模高斯光束输出功率的影响就减小；抽运功率越大，热致衍射损耗越大，对基横模高斯光束输出功率的影响就越大．     

Thermal lens spectrometry under excitation of a divergent pump beam

Thermal lens spectrometry (TLS) under excitation of a divergent pump beam is discussed in both conventional and microscopic TLS instruments. A refined thermal lens (TL) model was proposed for calculating the TL signal of a “finite TL element.” Experiments as well as comparison with numerical simulations demonstrated that the effective sample length for a certain pump beam profile was about six times the confocal distance of the pump beam for laser-excited case and 1.5 mm for incoherent light source-excited case. For laser-excited conventional TLS instrument or thermal lens microscope (TLM), an empirical formula of the optimum pump beam waist radius for maximum detection sensitivity was obtained at a given sample length. At larger pump beam waist radius of 7 μm, the TL signal was found 2.5 times lower compared to the diffraction limit; however, the resulting two orders of magnitude lower power density in the sample could be quite desirable for the detection of photolabile analytes. By investigating the influence of a finite TL element on the TL signal, we found that an optimal distance between the probe beam waist and the sample was needed to assure the maximum detection sensitivity and good response linearity. Under the optimal detection scheme, limit of detection of the laser-excited TLM at 4 mW power was evaluated to be 8.6 × 10^?9 M for 100-μm-thick ferroin solution, corresponding to an absorbance of 9.5 × 10^?7 absorbance units.     

The Detection of Defects in Optical Fibers Using a Hybrid Opto-electronic Correlator

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｒｅｃｅｎｔｄｅｃａｄｅｓ,ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙａｎｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｕｓｅｄｉｎｔｅｌｅｐｈｏｎｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ,ｄａｔａｔｒａｎｓｆｅｒ,ｃｌｏｓｅｄｃｉｒｃｕｉｔｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ,ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ,ａｎｄｓｅｎｓｏｒ,ｅｔｃ.[1].Ｏ…     

The Detection of Defects in Optical Fibers Using a Hybrid Opto-electronic Correlator

A hybrid opto-electronic correlator for detecting defects in optical fibers is proposed. After the light from a He-Ne laser being expanded and filtered it is not collimated but directly passes a Fourier transform lens and illuminates a reference fiber and a test fiber at the same input plane. The Fourier transform spectrum of the two fibers is therefore obtained at the rear focal plane of the lens, where it is sampled via a CCD array connected with a computer through a frame grabber. The computer performs filter, inverse Fourier transform and setting threshold operation on classification. The system is an equivalent of joint transform correlator with a Fourier lens of long focal length. The experiment results for optical fibers having incoordinate defects are presented. The results indicate that the system can be used for fiber defect detection, and has the advantages of high identification, compact configuration, easy adjustment and flexible manipulation.     

The nonlinear refraction and absorption dependence on the thermal effect for 4 ns pulse duration in binuclear Zn(II) phthalocyanine solution

The influence of thermal effect on the third-order nonlinear optical properties of binuclear Zn(II) phthalocyanine in chloroform solution was studied. The nonlinear refraction and absorption of the sample was measured by using Z-scan technique with 4 ns laser pulses at 532 nm wavelength. The opposite signs of the effective nonlinear refraction index were observed by changing the focal length of focusing lens from 10 cm to 20 cm in the experimental setup. Changing the focusing lens increased the beam waist radius from 7 μm to 20 μm. The nonlinear absorption coefficient was reduced about 200 times based on changing the fluence or beam waist radius. The drastic changes in the third-order nonlinear optical parameters were attributed to thermal effect. To investigate the role of thermal effects even further the effective nonlinear refraction and absorption coefficients were studied by using different repetition rates, input powers and concentrations.     

激光辐照猫眼光学镜头时的反射特性机理研究

运用矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法, 对激光束辐照猫眼光学镜头时产生的猫眼效应机理进行了理论推导. 通过数值计算对猫眼效应的反射规律进行了分析, 并利用532nm激光辐照一个变焦范围为12—72mm的光学镜头进行了猫眼效应的实验验证, 从而得出了猫眼效应反射光特性与入射激光参数以及猫眼光学镜头的口径、焦距、离焦量等基本参数之间的关系. 研究表明, 猫眼效应反射光特性与猫眼光学镜头参数和入射激光参数密切相关, 且当猫眼光学镜头位于近场和远场的情况有很大不同. 根据入射光束 关键词： 猫眼光学镜头 猫眼效应 高斯光束 反射特性     

球形光纤端面效应及其应用

本文介绍了球形光纤端面的制作方法,采用射线理论和等效透镜法分析了圆球形端面多模光纤的端面效应,并给出了两个不同端面多模光纤之间耦合的实验结果。结果表明：圆球形端面光纤具有聚光特性,与平端面相比,使用圆球形端面光纤不仅可以提高光器件之间的耦合效率,而且增大了它们之间的耦合距离,利于光路调试;可广泛应用于光源与光纤、光纤与光纤、光纤与探测器之间的耦合。     

光学系统实现热补偿的通用条件

运用光学系统的近轴成像公式，推导出微分形式的物面位于任意位置时热补偿的通用条件，包括薄单透镜、密接薄透镜组和分离薄透镜组等不同情况。推导过程中假设物面位置不随温度发生变化，并且忽略分离薄透镜组中各组分上光线入射高度随温度的变化。利用推导的条件建立了像距的归一化温度变化率与各透镜光热膨胀系数之间的关系，指出所得到的条件具有更加普遍的意义，能够指导机械和伺服控制系统的工程设计，并且在物面位于无穷远时与目前普遍采用的热补偿条件相吻合，即光学系统的光热膨胀系数等于壳体的热膨胀系数。     

飞行光学导光系统中的空气热透镜效应

研究了激光加工用大功率ＣＯ２激光束在飞行光学导光系统中传输所产生的空气热透镜效应。实验发现当飞行光学导光系统中的空气静止时将产生空气热透镜效应,而充以一定压力的压缩空气却可以消除空气热透镜效应,实验表明无热透镜效应时,光束遵循高斯光束传输规律,而秀热透镜效应时,光束偏离高斯光束的传输规律,并影响到激光束聚焦焦点的大小和位置。另外通过激光空气热透镜效应的非线性模型计算了热透镜效应所引起的光束传输相对     

紧凑型8～12 μm波段折/衍混合双位置两档变焦光学系统设计

设计了工作于8～12 μm波段的折/衍混合双位置两档变焦光学系统.该系统变焦过程中相对孔径保持不变,F/#为1.7,系统变倍比为3.75∶1.大视场角为19.2°,有效焦距33 mm,用于在大范围内搜索目标；小视场角为5.1°,有效焦距125 mm,用于对目标进行具体分析.系统采用锗和硒化锌两种材料,为四片镜结构,仅通过两片透镜的轴向移动便可完成两个视场的切换.系统中引入二元面和高次非球面,使系统结构简化,并极大地提高了成像质量.该系统适用于像元尺寸20 μm的非致冷式面阵探测器,可广泛应用于军事扫描成像和红外前视系统中.