基于光谱密度的差分吸收光谱法气体测量系统的校准研究

差分吸收光谱法(DOAS)是基于朗伯比尔定律的光谱法测量气体的重要方法,按此原理建立的测量系统是测量痕量气体的主要方法. 用于测量痕量气体的DOAS系统的关键是其检出限的校准,传统的方法是使用标准气体进行校准. 但是由于标准气体自身的量值确定问题,在ppb甚至ppt级的不确定度大于10％,而一般的ppt级的DOAS测量系统本身的不确定度也会高于标准气体,导致传统方法失效. 提出一种基于光谱密度的DOAS系统校准方法,利用朗伯比尔定律将DOAS系统的检出限和光谱密度建立关系. 由于光谱密度作为光学量值可以测量到10-6甚至更高,所以通过该方法可以实现DOAS系统在ppb乃至ppt级的校准. 本方法需要根据待校准的测量系统光学结构的基本参数计算其总的标准光学密度值,然后把标准光学密度片放入测量系统光程中,测得其光学密度值,根据前后两次光学密度计算测量系统的测量偏差,进而分析计算测量系统的标准不确定度和标定的扩展不确定度,所得到的标定的扩展不确定度即为测量系统的检出限. 该方法完全基于光学测量,不需引入标准气体评估,基于光学密度的精密测量和测量系统光学结构的装调误差,实现测量系统在较小不确定度水平上的标定,提高检出限标定的精度. 本方法在开放光程式的DOAS系统上进行了实验验证.     

水流吸收型高能激光能量计溯源方法及其溯源体系研究

提出了一种利用电加热丝作为校准源的高能激光能量计校准方法,将水流从吸收腔前端导入至加热容器,在加热后流入吸收腔。通过精确计量水流吸收的热能并与能量计测量结果进行比较,达到对高能激光能量计校准的目的。研究表明校准系统的热交换模型与吸收腔内的热交换模型一致,均经历了储能和功率平衡两个阶段。水流及相变气体的散射效应对测量结果的影响较小,经过修正后可以忽略其影响。通过深入分析各个环节的测量不确定度表明,残留能量和流量变化对测量不确定度的影响最显著,增加水箱的容积可以有效降低残留能量对测量不确定度的影响。在对各个环节的影响修正后估算出系统的测量不确定度约为4.8%(k=2),被校高能激光能量计校准后的测量结果与其他类型的参考高能激光能量计进行比对,两者具有很好的一致性,修正因子仅为1.006,标准偏差为1.4%。     

A virtual optical probe based on evanescent wave interference

A virtual probe is a novel immaterial tip based on the near-field evanescent wave interference and small aperture diffraction, which can be used in near-field high-density optical data storage, nano-lithography, near-field optical imaging and spectral detection, near-field optical manipulation of nano-scale specimen, etc. In this paper, the formation mechanism of the virtual probe is analysed, the evanescent wave interference discussed theoretically, and the sidelobe suppression by small aperture is simulated by the three-dimensional finite-difference time-domain method. The simulation results of the optical distribution of the near-field virtual probe reveal that the transmission efficiency of the virtual probe is 10²－10⁴ times higher than that of the nano-aperture metal-coated fibre probe widely used in near-field optical systems. The full width at half maximum of the peak, in other words, the size of virtual probe, is constant whatever the distance in a certain range so that the critical nano-separation control in the near-field system can be relaxed. We give an example of the application of the virtual probe in ultrahigh-density optical data storage.     

自发参量下转换双光子场应用研究进展

文章介绍了自发能量下转换双光子场的概念,重点总结了自发参量下转换双光子场应用研究的进展状况,并对该研究领域的发展进行了展望。     

自发参量下转换双光子场绝对校准光电探测器的方法研究

讨论了一种基于自发参量下转换双光子场绝对校准光电探测器灵敏度的新方法,着重推导了对自发参量下转换过程中产生的单光子的探测概率和双光子的符合速率,从而阐明了绝对测量光电探测器量子效率的原理.基于这一方法对光子计数型光电倍增管的响应灵敏度进行了测量,并将实验结果与常规方法测得的结果进行了比较. 关键词：     

基于传播圆补偿像散的被动锁模激光器谐振腔设计方法

由于超短脉冲激光器的谐振腔大都采用多镜折叠的形式,像散已成为影响锁模激光器性能优劣的重要问题.本文提出了一种基于传播圆补偿像散的被动锁模激光器谐振腔设计方法,该方法简单、直观、高效,容易找到补偿像散的最佳位置.理论研究表明,当SESAM位于子午和弧矢传播圆交汇处附近时,SESAM处的子午光斑和弧矢光斑大小几乎相等,像散得到补偿.该谐振腔对外界干扰引起的腔镜振动和热透镜焦距的变化均不敏感,谐振腔的抗干扰性很强.实验研究表明,当SESAM位于子午和弧矢传播圆交汇处附近时,锁模激光器可获得稳定连续的锁模激光脉冲,且激光器的抗干扰性很强.本文的理论研究与实验结果相一致.     

基于差分吸收光谱法的大气痕量气体在线检测技术

 差分光学吸收光谱学技术（Differential Optical Absorption Spectroscopy,DOAS）是近年来发展起来的一种实时检测大气中痕量气体浓度的有效方法,它采用线性最小二乘拟合方法,用痕量气体标准差分吸收截面对测量得到的差分吸收光谱进行拟合,得出大气中痕量气体的浓度。通过介绍DOAS方法的测量原理,在线监测系统的构成,气体浓度的反演方法,测量结果及讨论等内容,说明它在空气质量监测方面的优越性。     

基于可调谐半导体激光器吸收光谱的高灵敏度甲烷浓度遥测技术

讨论了一种新的高灵敏度甲烷遥测方法,利用可调谐激光二极管的调制光谱技术扫描甲烷的吸收峰,通过在测量光路中插入参考气池,增强低浓度情况下的吸收峰辨识能力,以提高甲烷浓度遥测信号的信噪比.此外,可以将激光器的中心波长锁定至气体吸收峰的峰值位置从而使仪器工作于吸收峰锁定模式,进行甲烷浓度的连续监测.实验结果表明,在测量距离分别为10 m和20 m时,周围环境中的甲烷积分浓度探测极限可以分别达到5 ppm·m和16 ppm·m.在吸收峰锁定工作模式下,系统在37 m距离处具有22 ppm·m的检出限,并可以监测甲烷浓度的快速变化.     

Direct Measurement of Evanescent Wave Interference with a Scanning Near-field Optical Microscope

Evanescent wave interference is studied theoretically and experimentally. The interference patterns were directly measured with a scanning near-field optical microscope. The acquired image of the interference pattern is clear and has better contrast than that previously acquired with a photon-scanning tunnelling microscope or lasertrapped particles. The spatial period of the interference fringes is 180 nm, which agrees with the theoretical value. The results indicate that the probe of the scanning near-field optical microscope has a resolution beyond 100nm. The relation between the evanescent field intensity and the distance is also measured. When the separation between the probe and the interface is up to 18Ohm, the intensity can decrease to 1/e of the maximum.     

一种LD泵浦双向输出固体环形激光器

提出了一种用于激光陀螺仪的LD泵浦Nd∶YVO4双向输出固体环形激光器。计算了谐振腔的环绕矩阵,分析了曲面镜焦距和放置距离对谐振腔稳定性的影响。得出了构成环形腔的稳定条件,光腰最大化条件,以及光束特性。并对所设计的环形腔进行了实验,获得了双向、多纵模基横模连续输出。