长光程共振式二氧化碳气体光声传感器研究

二氧化碳(CO₂)是植物光合作用的原材料,也是一种温室气体,其过量地排放会影响动植物的生态环境。在碳达峰、碳中和的背景下,研制高灵敏度的CO₂检测装置具有重要意义。为了监测大气环境中CO₂含量的变化,设计了一种长光程共振式CO₂气体光声传感器,并以此搭建了光声检测装置。以中心波长为2 004 nm的分布式反馈激光器(DFB)作为激发光源,激光射入由漫反射材料制成的球型吸收腔,在腔内多次反射以增加气体的吸收路径。吸收腔外部被两个高热传导率的铝制半球包裹,降低由池体吸收光能后产生的热噪声。吸收腔上耦合一根声学管,当其工作在一阶纵向共振模态时,光声信号被放大,在管子末端达到极大值。为了进一步增大光声信号,通过饱和加湿样品的方式来加快CO₂气体的弛豫速率,加湿后的样品产生的光声信号是干燥样品的2.1倍左右。使用一系列浓度的湿润CO₂样品标定光声检测装置,结果表明,光声信号与浓度之间呈现良好的线性关系。在此基础上,通过对标准气体的检测实验,验证了装置的准确性与稳定性...     

基于时间复用编码的高速三维形貌测量方法

提出一种基于时间复用编码的高效、强鲁棒性结构光三维测量方法,通过在时间序列上重新设计排布相移与编码图案,充分利用高速记录的相邻图像时序信息的关联性,将重建一个三维结果所需的投影序列图案数量降至3幅,提高了测量的编码和重建效率。同时,利用通用分区间相位展开方法,提前避免级次跳变错误的产生,保证了测量的鲁棒性。分析比较了二值格雷码和多灰度格雷码两类编码方案在该方法下的优势以及适用场景。实验结果表明：所提方法每多获取3幅条纹图案就能重建一个新的三维结果,能实现3174 frame·s-1的高速三维形貌重建;二值格雷码编码方法的鲁棒性和抗噪声能力更强,适用于拍摄速度远高于物体运动速度的复杂高噪声动态场景,而以四灰度格雷码编码方法为代表的多灰度格雷码编码方法的抗运动模糊能力更强,适用于重建运动速度较快但环境噪声较低的动态场景。     

液晶空间光调制器相位调制特性的快速测量与标定方法

为提高液晶空间光调制器（LC-SLM）在波前相位调制中的精度,提出了一种能对LC-SLM实现快速标定的数字全息测量方法。该方法仅需在成像面上采集单幅数字全息图像,就能实时测量LC-SLM在特定波长下的相位调制特性,系统结构简单,且无需经过复杂的衍射传播计算,测量效率较高。在不改变光路结构的情况下利用Twyman-Green干涉法开展对比实验,进一步验证了数字全息法在测量精度方面的优势。实验结果表明,LC-SLM在标准光波波长（633 nm）下的相位调制范围为0～6.185 rad,利用反插值法校正相位响应的非线性特性使得非线性误差降低到2.45%,有效提升了器件的线性驱动精度。最后,针对LC-SLM的波长响应特性,建立了相位-波长调制修正系数模型,对LC-SLM在非标准光波波长（670 nm）下的实际相位调制范围进行了修正,探究了该器件在双波长干涉测量系统中用于相位校正的可行性。     

整形超短激光脉冲与硒化镓晶体光整流效应的可调谐宽带太赫兹波产生

从非线性光学基本原理出发研究了整形超短激光脉冲与硒化镓晶体光整流效应产生的可调谐宽带太赫兹辐射,并采用数值计算对上述过程进行了仿真研究,探索了整形激光脉冲参数对太赫兹辐射的影响。研究发现,利用4F整形系统调节激光频谱分量获得的整形超短激光脉冲与硒化镓晶体的光整流效应可以产生频谱可调的宽带太赫兹辐射,并且可以使太赫兹脉冲的中心频率由高频部分向低频部分调制,同时带宽也会发生一定的变化。     

基于神经网络的可见光通信系统信道估计方法

针对现有的非对称限幅光正交频分复用（ACO-OFDM）可见光通信（VLC）系统中信道估计方法存在导频数量过大、精度低、估计效率不高的问题,提出一种基于深度神经网络（DNN）的VLC信道估计方法。利用梯度集中化（GC）方法进行模型优化,并采用端到端的方式跟踪信道信息并恢复失真信号。仿真结果表明：所提方法的误码率（BER）和均方误差（MSE）性能均优于传统方法;在使用较少的导频和省略循环前缀（CP）进行信道估计时,所提方法具有更强的鲁棒性。此外,在DNN训练过程中引入GC方法,可以加快网络的收敛速度,提高其优化能力。     

提升全息光栅掩模占空比均匀性的曝光系统

在基于衍射光栅光波导的增强现实近眼显示设备中,光栅的占空比均匀性对成像均匀性影响很大。提出一种提升全息光栅掩模占空比均匀性的罗艾镜曝光系统,该系统采用移动挡板和改变干涉场光强的方法,来补偿全息曝光时高斯光束光强不均匀导致的光栅掩模占空比不均匀。实验中使用该方法制备的光栅,其占空比的极差相比用传统罗艾镜曝光系统制作的光栅降低了66%以上;制成的衍射光波导片的纯色屏幕的均匀性至少提升30%。     

SiC光学材料亚表面缺陷的光热辐射检测

SiC以优异的物理性能和良好的工艺性能,逐渐成为大型空间成像光学系统主镜的首选轻量化光学材料. SiC镜坯制备及加工过程中引入的亚表面缺陷会严重影响最终的镜面质量以及光学系统的成像品质.针对SiC材料亚表面缺陷的检测问题,本文采用光热辐射技术进行分析:分别建立均匀样品的单层理论模型和含空气层缺陷的三层理论模型,用于计算无缺陷和存在缺陷区域的光热辐射信号.通过对三层理论模型信号的相位仿真分析,提出利用相位差-频率曲线的特征频率估算缺陷深度的经验公式;利用光热辐射装置测量存在亚表面缺陷的SiC样品,分析缺陷区域的光热辐射信号分布,利用经验公式计算缺陷深度,并与缺陷实际深度分布进行对比分析.实验与计算结果显示,光热辐射技术能有效探测SiC镜坯的亚表面缺陷及其形貌,并且对于界面与样品相对平行且较为平缓的亚表面缺陷,其缺陷深度可通过经验公式准确确定.     

Cd0.96Zn0.04Te光致载流子动力学特性的太赫兹光谱研究

采用光抽运-太赫兹探测技术研究Cd_0.96Zn_0.04Te的载流子弛豫和瞬:态电导率特性.在中心波长800 nm的飞秒抽运光激发下,Cd_0.96Zn_0.04Te的载流子弛豫过程用单指数函数进行了拟合,其载流子弛豫时间长达几个纳秒,且在一定光激发载流子浓度范围内随光激发载流子浓度的增大而减小,这与电子-空穴对的辐射复合有关.在低.光激发载流子浓度(4.51×10¹⁶—1.81×10¹⁷ cm^-3)下,Cd_0.96Zn_0.04Te的太赫兹(terahertz,THz)瞬态透射变化率不随光激发载流子浓度增大而变化,主要是由于陷阱填充效应造成的载流子损失与光激发新增的载流子数量近似.随着光激发载流子浓度继续增大(1.81×10¹⁷—1.44×10¹⁸ cm^-3),THz瞬态透射变化率随光激发载流子浓度的增大而线性增大,是由于缺陷逐渐被...     

掺铒纳米晶与聚合物键合比例对光波导放大器增益性质的影响

将掺铒纳米晶与甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体共聚获得的复合聚合物可用作聚合物光波导放大器的增益介质。器件的增益性能与复合聚合物中的纳米粒子浓度密切相关。本文利用高温热分解法成功制备了尺寸均匀的β-NaLu_50%Y_30%F₄∶18%Yb³⁺,2%Er³⁺纳米晶。纳米晶尺寸约16 nm,表面修饰有不饱和基团,因此可以与MMA共聚合得到纳米粒子-聚甲基丙烯酸甲酯(NPs-PMMA)纳米复合材料。通过将纳米粒子的掺杂浓度分别调整为0.1,0.15,0.25 mmol,制备了三组不同键合比例的复合聚合物。下转换发射光谱和透过光谱测试分析表明,随着键合的纳米晶浓度升高,复合聚合物发光强度逐渐提高,但近红外区的光透过率略微下降。使用这三组复合聚合物材料制备的倒脊型光波导放大器,在1 550 nm处,器件的相对增益分别为3,3.46,5.61 dB,插入损耗分别为19.20,25.00,26.53 dB。该结果说明,虽然高掺杂浓度的稀土纳米晶造成了散射损耗增加,却有效地提高了增益介质在C波段的发...     

应用于单纵模光纤激光器的复合环腔滤波器的理论仿真

提出了一种用于单纵模激光器选模的基于光纤耦合器的光纤复合环腔（CRC）滤波器的仿真方法,利用该方法对两种新型双耦合器双环CRC(DCDR-CRC)滤波器及三耦合器双环CRC(TCDR-CRC)滤波器进行了理论仿真,通过引入游标原理,分析了两种滤波器在不同环长差下的滤波特性,并通过调整DCDR-CRC及TCDR-CRC的耦合比、环长及环长差,对有效自由光谱范围（FSR）、抑制比（SR）及主透射峰带宽进行优化,计算结果表明优化后环腔的有效FSR可有效抑制波长选择器传输通带内的增益竞争,较低的SR可以抑制CRC滤波器相邻透射峰之间的增益竞争,较窄的主透射峰可以保证仅有一个激光器的纵模被选择。