功率谱密度法标定光镊的三维光阱刚度

采用四象限探测器和功率谱密度法,搭建了一套快速标定光镊三维光阱刚度的测量系统.实验中,用四象限探测器记录微粒做受限布朗运动时的位置信息,用功率谱密度法标定光阱刚度,测得了直径0.97μm SiO2小球和直径1μm PMMA小球的光阱刚度与激光功率的关系.结果表明:对于SiO2小球,当激光功率为50~120mW时,光阱刚度与激光功率成正比;对于PMMA小球,当激光功率为80~130mW时,光阱刚度与激光功率成正比.该光镊系统可用于生物、物理等微观领域研究的高准确度测力系统.     

四象限探测器位移测量的标定方法

提供了一种能实时快捷地对光镊系统中四象限探测器位移探测信号进行校准的方法.实验研究表明了该方法的可靠、精确,其自身的不稳定性小于1％.利用该方法研究了校准系数随小球深度的变化情况,得出校准系数随小球深度的升高而减小.该方法可以用于光镊系统稳定性的监测.     

信号光的调制对基于光纤光参量放大光脉冲源的改善

在理论上从四波混频的强度耦合方程出发，给出了基于光纤光参量放大(FOPA)光脉冲的光场表达式，并进一步分析了信号光被相位调制或强度调制后，光脉冲的频率啁啾和强度演化.结论指出：若信号光被强度调制，对所生成脉冲宽度无明显的影响，但可以提高消光比；若信号光被相位调制，所生成的脉冲具有更大的线性正啁啾，可以在相同的抽运功率条件下得到比无相位调制时更窄的脉冲.实验上给出了10 GHz工作速率下的结果，其结果与理论分析符合得很好.通过信号光的相位调制，在05 W平均抽运功率条件下得到了消光比22 dB,脉宽为5 关键词： 光纤参量放大 四波混频 光脉冲源 频率啁啾     

水中受激布里渊散射微弱Stokes信号光的高增益放大

采用脉冲宽度为7.2 ns的种子光注入式倍频Nd:YAG脉冲激光器，以CS₂为放大介质，实验并理论研究了水中受激布里渊散射微弱Stokes光的信号增益随延迟时间、放大器池长、抽运光能量的变化规律. 结果表明，当抽运光脉冲相对信号光脉冲延迟进入放大器，且延迟时间为脉冲宽度的一半，抽运光能量略低于介质受激布里渊散射阈值，选择合适的放大器池长可获得最佳的信号增益. 适当选择抽运光能量，亦可实现微弱信号光的线性放大. 实验中采用独立双池放大系统，当水中Stokes信号光的能量为1 pJ时，信 关键词： 布里渊放大器 信号增益 延迟时间 抽运光能量     

激光功率对光镊光阱刚度标定的影响

光阱刚度是描述光镊对粒子进行操控的重要力学指标,实际使用过程中会受到激光功率的影响。采用均方位移法及玻尔兹曼统计法对搭建的光镊系统进行光阱刚度的标定,利用图像采集方法进行微粒位移的测量,并对两种方法的测量结果进行了比较。为了提高光阱刚度的标定结果的准确性,分析了光路放大倍数、温度变化对最后标定结果的精度影响。结果表明,两种方法进行标定的结果基本相同;光阱刚度在低激光功率（1 mW ~20 mW）范围时随功率近似线性增加,在高功率情况下（25 mW~60 mW）随功率增加不再线性增加,而是趋于一个饱和值。此外,光路放大倍数标定的精确性对标定的精度影响较大,10%的相对误差时,标定结果产生23%的变化,温度对标定的精度影响较小,0.1 ℃的温度变化导致标定结果0.034%的变化。     

弹光调制光电转换放大电路设计

 弹光调制干涉具调制的干涉光被探测器接收后输出高速变化的微弱电信号,能否将该电信号提取并放大输出对弹光调制-傅里叶变换光谱仪的研制至关重要。通过对调制干涉光进行理论分析,设计一种具有高信噪比和较高带宽的光电转换放大电路,主要由电源电路、光电转换电路、放大电路、理论通频带为100 kHz~3.5 MHz的带通滤波电路组成。实验结果表明：设计的电路能够将探测器输出的最大频率为1.6 MHz的信号放大至670 mV左右,实现了将探测器输出的微弱速变电信号从背景噪声中有效提取与放大,为后续傅里叶变换提供可靠数据。     

光声池中微弱光声信号检测

大气中的污染源气体含量很少, 用光声光谱对其进行监测得到的光声信号极其微弱. 本文首先分析微弱信号产生机理, 在分析Holmes Duffing方程的基础上, 提出了适合光声池微弱信号检测的变尺度差分方法. 该方法通过对信号进行尺度变换, 再做差分来检测微弱信号. 理论分析和实验表明, 变尺度差分方法能很好地抑制系统相空间的共模噪声, 而且能很好地凸显混沌状态临界值. 变尺度差分方法测出的信号相对误差都小于5%, 说明其可以用于较高频率、 相位和频率都未知的微弱光声信号幅值检测. 关键词： 光声光谱 微弱信号 幅值 Duffing     

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.     

少模光纤中信号光的超宽带拉曼放大

本文利用受激拉曼散射和受激四光子混频的联合效应，对少模光纤中波长连续可调的信号光进行放大研究。实验发现，在５６００－６１００的调谐范围内，波长的变化对放大倍数影响不大。文中分析了放大的机理     

基于OPO脉冲激发的血糖光声检测影响因素研究

构建了一套基于侧向模式的光学参数振荡(optical parameter oscillator，OPO)脉冲激光激发-超声传感的血糖光声检测系统，并且将激发波长、激光能量、探测频率和温度等对血糖光声检测的影响，在系统结构上进行了有效融合。然后，以不同浓度的葡萄糖溶液作为测试样品，实验研究了几个因素(激发波长、激光能量、探测频率和温度等)对葡萄糖光声检测和浓度预测的影响。实验得到了不同浓度葡萄糖溶液在不同影响因素条件下的葡萄糖实时光声信号和光声峰峰值，同时，为了得到不同因素对葡萄糖光声值和浓度预测的影响规律，通过线性回归算法建立了葡萄糖光声峰峰值与各因素变化，以及不同因素下光声峰峰值与浓度梯度的映射关系模型。实验和模型预测结果表明：相比1 200和1 300 nm波长而言，1 064 nm波长下的葡萄糖光声峰峰值与浓度梯度模型预测效果最好，模型相关系数达到0.986；葡萄糖光声峰峰值随着脉冲激光输出能量的增大呈线性增大趋势，且葡萄糖浓度预测准确度随着激光输出能量增大有所提高；根据不同探测频率的超声探测器捕获的葡萄糖光声峰峰值与浓度梯度建模效果来看，响应频率为1 MHz的超声探测器相比2.5和10 MHz的超声探测器，在葡萄糖光声信号探测上具有更好的探测效果；最后，实验发现，葡萄糖光声峰峰值随着温度和浓度的增大均呈线性增大趋势，且浓度预测误差随着温度的升高逐渐增大。     

集成光学电场探头测量HEMP的系统误差分析

讨论了集成光学电场探头测量高空电磁脉冲(HEMP)的系统误差。根据探测器传输函数和HEMP的表达式得出了误差方程。并通过对HEMP表达式的特征分析,对误差方程进行了简化。通过方程的求解,分析了探测器和HEMP波形的各项参数对测量结果的影响。结果表明:误差随着双指数波幅值、半宽/前沿和探测器工作点漂移的增大而增大;探测器的5%和10%系统测量误差对应的最大测量幅值分别为半波电场的0.165倍和0.23倍。该结论可为此类探测器的使用提供参考。     

Differential amplitude contrast imaging in the scanning optical microscope

A split detector is used in a scanning optical microscope to produce high-quality differential amplitude contrast images. A slight lateral offset in the detector position is shown to introduce information about object height variations to the image. These results are compared with images obtained by electrical differentiation.     

蓝光高密度光盘驱动器中聚焦误差特性分析

高密度数字视盘(HD-DVD)是一种新型蓝光存储技术，可以满足数字高清视频节目的播放要求.介绍了用于HD-DVD驱动器中的刀口法调焦方案，基于菲涅耳公式和标量衍射理论，推导了刀口法调焦的HD-DVD驱动器中聚焦误差信号与离焦量之间关系的计算模型.应用该计算模型，分析了不同离焦量时探测器上光强分布情况.计算得到的聚焦误差信号与离焦量之间的关系曲线与实验测得的“S型”曲线相一致，证明了计算模型的正确性.进一步分析了正焦点时由于记录符调制而引起的聚焦误差的干扰信号，计算结果表明这种干扰的强度小于4.5%.分析表 关键词： 光存储 刀口法 聚焦误差 标量衍射     

XFEL飞秒同步与定时系统中光纤长度变化的数字化监测(英)

分析了X射线自由电子激光装置对飞秒同步定时系统的技术需求。系统中采用光纤来传输定时/相位信息。而光纤的光长度会随温度的慢漂而改变,因此通过对比实验研究了温度慢漂对光纤长度变化的影响。研制了基于现场可编程门阵列（FPGA）的数字化相位和幅度检测器对光纤长度变化进行数据监测。百米光纤在典型昼夜温差下导致的时间延迟约6 ps。结果显示此数字化相位和幅度检测器可以用于飞秒同步定时系统的长度变化监测和稳定控制系统当中。     

基于太赫兹光非对称解复用器结构的低开关能量、高线性度全光采样门实验研究

利用多量子阱结构的非线性半导体光放大器(SOA)构建的太赫兹光非对称解复用器(TOAD), 实验实现了一个开关能量低至25 fJ, 线性度高达0.99的全光采样门. 详细分析了采样脉冲功率和非对称偏移量分别对采样窗口形状、宽度和幅度的影响, 并研究了不同采样窗口宽度下TOAD的开关能量及线性度的变化规律.     

170 Mb/s multilevel transmission over 115 m standard step-index plastic optical fiber using an integrated optical receiver

An optical receiver having a high linearity is used for multilevel communication over standard step plastic optical fiber. A large-diameter photodiode with an antireflection coating optimized for red light was integrated. These features enable the used optical receiver to be a promising plastic optical fiber receiver. An error free (< 10⁻⁸) 170 Mb/s data rate over 115 m standard PMMA step-index plastic optical fiber is achieved with four-level and eight-level pulse amplitude modulation.     

Giga-bit optical receiver for plastic optical fibre

An optical receiver with high sensitivity and linearity specially designed for Giga-bit communications over small-bandwidth high-attenuation multimode plastic optical fiber is presented. An automatic gain control transimpedance amplifier and linear post amplifiers are used to maintain a good performance with multilevel modulation. Using multilevel signaling and large-diameter integrated photodiodes make the presented optical receiver suitable for large core plastic optical fiber. For a wavelength of 675 nm, a sensitivity of −26.3 dB m (BER = 10⁻⁹) at 500 Mb/s is presented by a binary signal. A data rate of 1 Gb/s and a sensitivity of −19.8 dB m (BER = 10⁻⁹) are achieved with four-level pulse amplitude modulation.     

Development of an optical fiber hydrophone with fiber Bragg grating

A new type of optical fiber hydrophone is constructed with a fiber Bragg grating (FBG) based on the intensity modulation of laser light in an FBG under the influence of sound pressure. The FBG hydrophone shows linearity, with dynamic range about 70 dB. It can measure amplitude and phase of an acoustic field in real time, and operates in a wide range of acoustic frequency, at least from 1 kHz to 3 MHz. No signal distortion is observed in the detected signal. Because of the simplicity in its operating principle and geometry, an FBG hydrophone is expected to be an acoustic sensor of high practicality compared to a conventional optical fiber hydrophone.     

Glucose-induced changes in the optical properties of Intralipid

Photoacoustic and optical measurement techniques were used in this paper to study glucose-induced changes in Intralipid suspensions. Optical energy was provided by a Nd:YAG laser at 1064 and 532 nm and a picosecond laser module at 906 nm. As detectors, the setup employed a photoacoustic detector, PIN diode, and streak camera. Increasing the glucose content of the suspensions increased the refractive indices of the studied media. This served to decrease the refractive index mismatch between the background and the scattering particles and led consequently to decreased scattering, which then affected both the peak-to-peak value of the photoacoustic signals and the transmitted optical pulses. At 1064 nm, glucose changed the peak-to-peak value of the photoacoustic signal more in 1% than in 2% Intralipid. In addition, the glucose-induced change in the transmitted pulse amplitude was less noticeable at 532 than at 1064 nm in 1% Intralipid. The text was submitted by the authors in English.     

Carrier-envelope-offset phase control of ultrafast optical rectification in resonantly excited semiconductors

Ultrashort pulse light-matter interactions in a semiconductor are investigated within the regime of resonant optical rectification. Using pulse envelope areas of around 1.5-3.5 pi, a single-shot dependence on carrier-envelope-offset phase (CEP) is demonstrated for 5 fs pulse durations. A characteristic phase map is predicted for several different frequency regimes using parameters for thin-film GaAs. We subsequently suggest a possible technique to extract the CEP, in both sign and amplitude, using a solid state detector.