基于光楔阵列产生光学涡旋阵列的研究

在研究光楔衍射法产生单涡旋的基础上,基于长条形光楔阵列,提出了利用光束阵列衍射产生涡旋阵列的方法.该方法要求光束阵列在平行于光楔边缘方向上的光束间距等于光束直径的整数倍.利用超精密机床采用一体化加工法加工了光楔阵列元件,验证了该方法的可行性.利用空间光调制器快速灵活调整光束阵列的优点,搭建了借助空间光调制器加载达曼光栅衍射产生所需光束阵列的实验光学系统.针对光束阵列与光楔阵列的匹配问题,研究了达曼光栅掩模图基本单元对光束阵列的调控,获得了可调结构的光束阵列.实验产生了拓扑荷一致的光学涡旋阵列,与仿真结果相一致,证明所提方法的有效性.     

300 W侧面分布式抽运掺Yb全光纤放大器

采用角度磨抛的方式, 在纤芯/包层为20/400 μm双包层掺Yb光纤上制作了侧面抽运耦合器. 该耦合器对975 nm的半导体二极管抽运光的耦合效率最高可达97%, 对1080 nm信号光的泄漏比小于2%. 分析了侧面抽运耦合器的性能以及多个侧面抽运耦合器的级联分布对抽运耦合效率的影响; 同时, 在前向抽运和双向抽运方式下, 分析了级联耦合器的分布及信号光泄漏比对激光器整体效率的影响, 并进行了数值模拟. 采用自行研制的侧面抽运耦合器, 搭建了侧面耦合分布式抽运、掺Yb双包层全光纤主振荡功率放大器, 获得了波长为1080 nm、功率为303 W 的基模激光输出. 进一步增加抽运点个数, 提高抽运功率, 可获得更高的输出功率.     

基于菌紫质F态的永久光存储研究

在线偏振飞秒激光激发下, 菌紫质通过双光子光化学反应可以生成具有永久光致各向异性的蓝移产物F₅₄₀态. 基于F₅₄₀态的永久光致各向异性, 通过调控飞秒激光空间光场分布, 可以在菌紫质薄膜中实现永久光信息存储. 本文使用纯相位型空间光调制器调制飞秒激光光场, 在物镜焦平面上生成光学点阵图案, 可以将信息快速记录在菌紫质薄膜中. 同时, 通过改变入射激光偏振方向, 可以实现偏振复用光存储, 这在高密度光存储和数据加密领域具有潜在应用.     

基于可调控多肽纳米管和石墨烯复合纳米结构的光吸收催化平台

近年来, 自组装纳米结构因为其容易制备、稳定、环保以及与各种功能基团、粒子等的多样结合能力吸引了科学家们的目光, 成为人们研究的热点课题, 在光电池、光催化、水凝胶、药物缓释等方面的实验科学领域得到了广泛的应用. 尤其是光催化方面, 自组装结构的重复性为激子的传递创造了比较良好的条件, 成为众多激子传递平台中的佼佼者. 本文报道了一种以苯丙氨酸二肽纳米管和羧基石墨烯为基础的自组装光吸收催化平台, 对其结构进行研究, 并使用该体系进行了烟酰胺腺嘌呤二核苷酸到它的还原态的催化实验. 该体系的微观结构由纳米管和石墨烯膜复合而成, 羧基石墨烯的存在能够降低纳米管直径, 实现纳米管的形态操控, 石墨烯与多肽纳米管复合纳米结构的存在实现了多通道协同激子传递, 降低了激子传递的距离, 极大增强了催化中心对于激子的接受和使用效率. 在复合了光敏剂和催化中心之后, 该体系具有较高的稳定性, 均一的分散性, 很强的光能吸收和转化能力等性质. 对于从NADP⁺往NADPH转变的催化实验表明, 该体系有较高的反应速率和催化效率, 并且比两种单一结构催化平台效果之和更好, 实现了一加一大于二的效应, 展现了复合纳米结构光吸收催化平台的巨大潜力和广阔应用前景.     

双色场诱导气体产生相干可控的四次谐波

利用钛宝石飞秒激光器输出的基频脉冲ω及其倍频脉冲2ω所构成双色场作用空气, 实验中检测到了中心波长处于真空紫外波段的四阶谐波. 在气体未发生电离的情况下, 四次谐波强度对双色场的能力依赖关系显示其产生是参量过程2ω+ω+ω→4ω的贡献. 当气体发生电离, 四次谐波强度与双色场相对相位有关, 可通过双色场相干控制. 实验研究了四次谐波对双色场相位的依赖性以及与太赫兹波的关联性, 其结果与数值模拟结果相符, 分析发现当气体发生电离时四次谐波的产生过程存在太赫兹辐射Ω_THz的参与, 是参量过程2ω+2ω±Ω_THz→4ω和2ω+ω+ω→4ω的共同贡献.     

利用高阶拉盖尔-高斯横模精确测量法布里-珀罗腔内原子的运动轨迹

研究了冷原子与法布里-珀罗腔内拉盖尔-高斯横模强耦合相互作用体系的透射光谱, 分析了透射光谱与原子在腔中运动轨迹的关系. 结果表明, 与厄米特-高斯横模相比, 拉盖尔-高斯横模的腔场与原子的最大耦合系数几乎不随阶数的增加而变化, 使得探测光谱的对比度受模式阶数的影响较小. 在拉盖尔-高斯横模场分布的圆环边缘附近, 原子运动轨迹的微小偏移会引起透射光谱的很大变化, 因此在这些位置可以实现原子运动轨迹的高精度探测.     

纳米分辨相干反斯托克斯拉曼散射显微成像

采用附加探测光声子耗尽法来实现超衍射极限相干反斯托克斯拉曼散射显微成像. 此方法引入一束环形分布的附加探测光来消耗点扩展函数周边的相干声子, 实现点扩展函数的改造, 从而达到超越衍射极限的空间分辨率. 为了获得更高的空间分辨率和更佳的相位匹配条件, 通常需采用高数值孔径物镜对抽运光、斯托克斯光和探测光进行聚焦, 此时标量衍射理论不再成立. 基于矢量衍射理论, 分析了线偏振光、圆偏振光先后经过螺旋相位片和高数值孔径物镜后的光强分布, 结果表明: 圆偏振光在高数值孔径物镜后焦平面的光强分布呈中心对称状, 较线偏振环形光更适合作为附加探测光. 此外, 采用全量子理论分析了附加探测光声子耗尽法. 结果表明: 当附加探测光与探测光强度比为80时, 成像系统的横向空间分辨率可以达到45 nm; 继续提高附加探测光强度, 空间分辨将进一步提高.     

室温条件下掺铥光纤放大器中光波群速减慢的研究

从掺铥离子光纤的速率方程和传输方程出发,建立了掺铥离子光纤放大器中光速减慢的理论模型,分析并讨论了介质的增益与泵浦光功率之间的关系。当掺铥离子光纤处于吸收区域时,粒子布居振荡导致光脉冲经历了饱和吸收过程,此时光脉冲传输延迟;当掺铥离子光纤处于增益区域时,粒子布居振荡导致光脉冲经历了增益饱和过程,此时脉冲传输超前。依据该理论模型进行了理论仿真计算,同时进行了室温条件下掺铥离子光纤中光波群速减慢传输的研究。     

部分相干光与相干光在湍流中的传输特性实验研究

相干光经湍流传输引起光强闪烁效应,理论研究表明利用部分相干光可降低该影响,而相关的实验验证鲜有报道。利用水介质的对流湍流池模拟产生了Rytov方差为0.04~0.16的湍流,进行了弱起伏区湍流中部分相干光及相干光的传输实验,由接收光强计算出其光强闪烁指数随湍流Rytov方差的变化关系。实验结果表明:随着湍流强度的增加,部分相干光与相干光的闪烁效应均增强,但部分相干光的闪烁指数小于相干光。将实验数据与Andrews等人建立的闪烁指数理论模型进行比较,得出了较为一致的结论。     

基于CCD对高斯光束进行实时判断及特性参数的测量

主要使用等距四点采光测量法,用CCD进行采样,电脑编程处理来判断、分析和研究高斯光束的光强在空间的分布情况——传播特性。并利用计算机可以实时判断激光器输出是否为高斯光束,如是高斯光束,还可以实验测得高斯光束的径向强度分布、束径以及扩散角。