研制超宽带全光取样示波器设备

全光取样示波器是研究与开发超高速光通信系统和光子交换网络的关键性测试仪器设备. 本文简介了我们自行设计和研制出的超宽带全光取样示波器设备的实验样机系统, 并报道了我们已取得的初步实验结果. 采用自主研发的高稳定性被动锁模飞秒光纤激光器作为该光学示波器的光脉冲取样源, 我们通过利用高度非线性光纤中的四波混频效应, 成功地实现了对脉宽为1.8ps、重复频率分别为10GHz和40GHz的光脉冲信号的全光取样. 然后通过数字信号处理和计算机图形处理, 得到了再现后的超短光脉冲信号波形, 并测出了其脉冲宽度值为2.3ps. 借助于该光学取样示波器实验样机, 我们还成功地完成了对脉宽为1.8ps、经过伪随机数据序列调制后的10Gbit/s和40Gbit/s光数据信号眼图的精确测量. 这是我国首次报道有关超宽带全光取样示波器设备的实际研制工作及其相应的实验测试结果. 所得到的有关超短光脉冲信号波形的测试结果也与用70GHz宽带电子示波器和超快光电探测器组成的常规光电测量系统所获得的结果进行了比较, 清楚地表明了我们研制出的全光取样示波器实验样机比后者具有更高的时间分辨率和更大的测量带宽.     

新型光示波管的研究

本文描还了我们研制的一种新型光示波管的设计特点及测试结果.这种光示波管配以适当的控制电路和读出系统所组成的光示波器,能直接测量光脉冲,并能测量电脉冲;既可测量单次脉冲,又可测量重复脉冲;测量重复脉冲时,测量范围可达0～数GHz(10⁹Hz)的任意频率的重复脉冲.这种新型光示波管的光谱响应范围宽,实测时间分辨率达5ps,工作于椭圆扫描方式.它抛弃了以往光示波管所采用的取样狭缝,而是采用脉冲提取电极,通过调节控制电路使其工作于特殊的同步方式,从而克服了取样光示波器测量时间长、重复性不好等缺点.最后给出了静态椭圆扫描图象和动态时间分辨率的测试结果.     

掺Er3+飞秒光纤放大器的特性研究

依据二能级速率方程和光传输方程,理论计算了Er3+光纤放大器中Er3+光纤的最佳长度Lc. 以全光纤飞秒激光器输出的孤子脉冲作为种子源,以理论值Lc作为实际采用的光纤长度,实验测量了Er3+光纤放大器在同向泵浦和反向泵浦下信号光的输出功率,得到同向泵浦的增益为20.0dB, 反向泵浦的增益为20.2 dB.同时测量了脉冲宽度随泵浦功率的变化,实验结果表明,随着泵浦功率的增大,输出光脉冲的宽度的压缩效应经历逐渐增强后逐渐减弱的过程.在同向泵浦方式下,可以得到更短的输出脉宽,其最短脉冲宽度为260 fs.     

70S超冷Cs Rydberg原子的动力学演化

利用双光子激发超冷原子获得70S超冷Cs Rydberg原子, 采用脉冲场电离法使Rydberg原子电离, 并用微通道板测量Rydberg原子的信号. 改变激发光和电离电场脉冲的延迟时间和激发光脉冲的宽度, 研究70S超冷Cs Rydberg原子之间的相互作用和动力学演化过程. 利用黑体辐射导致的态转移和相互作用碰撞电离解释了实验结果,实验结果和理论相一致.     

利用泵浦—探测方法研究菌紫质光循环

用两套具有不同时间分辨率和激发方式的测量系统对菌紫质（ＢＲ）光循环动力学进行了泵浦－探测研究。一套是单次脉冲氙灯闪光诱导样品，另一套采用重复调Ｑ倍频ＹＡＧ激光，器周期性激发样品。检测光使用Ｈｅ－Ｎｅ激光器６３３ｎｍ红光。用雪崩光电二极管和５００ＭＨｚ数字示波器进行信号检测与波形处理，实验结果表明，菌紫质循环周期〈１５ｍｓ。中间体Ｋ→Ｌ的时间常数为２μｓ，Ｌ→Ｍ的时间常数为５０μｓ，在中间体Ｋ之前发     

一种独立于激发光脉冲参量的磷光寿命测量方法

脉冲法磷光寿命测量中，激发光脉冲参量（脉冲宽度和形状）、用于磷光强度衰减分析的起始时刻的选取是影响寿命计算准确度的关键因素。以线性时不变系统理论为依据，探讨了磷光强度衰减特性与激发光脉冲参量之间的关系，发现对于有限宽度的激发光，激发光脉冲消失之后的磷光强度衰减特性独立于激发光脉冲参量；选取激发光脉冲消失时刻作为磷光强度衰减分析的起始时刻，可获得准确的寿命计算。利用磷光探针氧卟啉（Oxy-PhorR2）标准试样做了针对性实验，实验结果验证了理论的正确性。     

基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤特性

 采用光电探测器和数字示波器检测散射光脉冲信号,研究了基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤过程,给出了泵浦光和探针光的散射光光电信号;比较了基频和三倍频激光作用下熔石英烧蚀斑显微照片,并分析了其损伤机理。结果显示:在ns脉冲激光作用下,熔石英损伤均发生在泵浦激光脉冲峰值附近,且基频光作用下损伤开始时间点比三倍频作用下早;在多脉冲或高能量激光辐照下,检测到了等离子体闪光信号,等离子体闪光发生在时间延迟21 ns附近。基于Keldysh理论计算了基频光和三倍频光作用下,熔石英光致电离速率同激光强度的关系。     

最短的光脉冲

激光器出现五年之后,人们就获得了微微秒光脉冲,微汲秒光脉冲的出现,开拓了微微秒激光光谱学这一正在迅速发展中的领域.目前这项技术已成功地扩展至亚微微秒范围(10-13秒).这就为更精确地研究物理、化学、生物学中的快速过程提供了前所未有的工具. 据美国罗彻斯特大学的Mourou 和Sizer报道,现已产生了目前最短的激光脉冲,此光脉冲的持续时间不大于 70fs(7 ×10-13秒)[1].尽誉还没有准确测量这样短光脉冲脉宽的设备,但他们确信,实际上光脉冲宽度可能更短些. 贝尔实验室曾报道产生了脉宽为90fs的光脉冲,并经过压缩手段脉宽达到了50fs.Mourou…     

自相关法测量飞秒激光双脉冲若干参量的研究

飞秒激光双脉冲在研究光泵浦的超快瞬态过程领域具有重要的应用价值,如何实现高准确度的飞秒激光双脉冲的实时测量显得尤为重要.本文提出了一种基于自相关法的飞秒激光双脉冲参量的测量方法,可实现对共光路传输、具有飞秒至皮秒级时间间隔的飞秒激光双脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度和强度比的实时测量.实验中采用自相关仪测得了双折射晶体(钒酸钇)分束出的飞秒激光双脉冲的自相关曲线,并用非线性拟合算法求得了飞秒激光双脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度和强度比参量.实验结果表明,本文方法与互相关测量方法相比,克服了参考脉冲参量的不确定性对检测准确度的影响,使测量平均准确度提高了48%以上.     

自相关法测量飞秒激光双脉冲若干参量的研究EI北大核心CSCD

飞秒激光双脉冲在研究光泵浦的超快瞬态过程领域具有重要的应用价值,如何实现高准确度的飞秒激光双脉冲的实时测量显得尤为重要.本文提出了一种基于自相关法的飞秒激光双脉冲参量的测量方法,可实现对共光路传输、具有飞秒至皮秒级时间间隔的飞秒激光双脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度和强度比的实时测量.实验中采用自相关仪测得了双折射晶体(钒酸钇)分束出的飞秒激光双脉冲的自相关曲线,并用非线性拟合算法求得了飞秒激光双脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度和强度比参量.实验结果表明,本文方法与互相关测量方法相比,克服了参考脉冲参量的不确定性对检测准确度的影响,使测量平均准确度提高了48%以上.     

拉曼闪光法测量纳米薄膜热扩散率的理论分析

本文基于圆柱坐标径向一维非稳态导热模型和激光拉曼测温技术提出了瞬态激光拉曼方法(拉曼闪光法)用于测量纳米薄膜材料径向的热扩散率。拉曼闪光法使用方波脉冲激光周期加热圆形孔上悬浮的薄膜样品,在热量传递到达基底之前,通过改变激光脉冲宽度或改变激光光斑半径大小的方法可以消除激光吸收率并获得纳米薄膜的热扩散率。灵敏度和误差分析表明改变激光光斑半径比改变激光脉冲宽度的方法具有更好的测量精度。     

用变换方程测量窄带阿秒超紫外线XUV脉冲的强度时间结构

阿秒超紫外线(extreme ultra-violet, XUV)与飞秒超短激光脉冲共同激发惰性气体原子产生光电子，其终态能量与光电子产生时刻即激光相位有关. 介绍光电子的激光相位确定法，并利用光电子能谱本身(其比例谱)，计算出待测窄带XUV脉冲的强度时间结构. 研究表明，在与激光线性极化方向成0°或180°方向测量得到的光电子能谱动态范围大，容易解谱. XUV脉冲的时间宽度的测量范围为半个激光振荡周期，时间分辨率主要取决于测量系统的时间晃动和控制精度. 关键词： 光电子能谱 相位确定法 变换方程 脉冲强度时间结构     

宽带自锁模钛宝石飞秒激光脉冲的实验研究

在线性Z形折叠腔的基础上,采用了一种能够消除输出耦合镜带宽限制的方法,用3mm的钛宝石短晶体和石英色散补偿棱镜得到了光谱带宽为121nm的自锁模钛宝石激光脉冲.在分析光脉冲自相关仪测量系统对测量影响的基础上,优化并基本消除了测量系统带来的影响,假设光脉冲形状为双曲正割型,得到了12fs的光脉冲,该光脉冲光谱半宽(FWHM)为87.6nm,中心波长为849.7nm,光脉冲平均输出功率为400mW,重复率为97MHz.     

利用CARS方法研究超短脉冲激光的脉冲宽度

在理论上提出了利用两光束CARS/CSRS方法测量超短脉冲激光的三阶相关函数。实验上在几种样品中测量了CARS/CSRS的时间特性,得到了泵浦光脉冲,SCDL输出光脉冲以及受激喇曼散射光脉冲的宽度。     

时空非对称光脉冲在饱和自聚焦克尔介质中的传输

综合考虑了在(2+1)维饱和自聚焦克尔介质中空间和时间非对称光脉冲的传输问题-利用变分法得到了光脉冲在传输中的准动量、能量守恒律-利用数值法研究了初始不对称光脉冲饱和强度、耦合强度对其束宽、脉冲宽度的影响-     

简易自相关仪对飞秒激光脉冲宽度的测量

用自制的简易自相关仪测量了飞秒的光脉冲宽度,测量结果与理论结果基本一致,并在此基础上分析了一些实验中的光学器件对飞秒激光脉冲宽度的影响.     

脉冲X射线剂量率测量不确定度分析

"强光一号"短脉冲高能X射线剂量率测量,主要包括脉冲射线总剂量与脉冲射线时间宽度的测量,前者采用热释光剂量计测量,后者采用PIN半导体探测器记录。根据不确定度传递数学模型,分析了影响X射线剂量和脉冲宽度测量结果的因素。针对"强光一号"短脉冲高能X射线测量,定量地给出了各种因素引入的测量不确定度,总剂量测量是影响剂量率测量准确性的决定性因素,其相对标准不确定度为25.1%,脉冲宽度测量不确定度为3.7%,剂量率测量扩展不确定度为50.8%,置信概率95%。     

高精度激光微能量校准技术研究

利用斩波器将连续激光斩波成为脉冲宽度s量级重频脉冲激光,利用选单器将重频脉冲激光转变成单脉冲激光,从而实现变连续激光为单脉冲激光。由陷阱探测器测量连续激光的输出功率,高速APD、高增益PIN探测器作为波形探测器测量脉冲激光波形,并通过示波器对脉冲宽度进行测量。依据测量得到的功率和波形就可得到脉冲激光能量,从而实现了0.2 pJ激光微能量的测量和校准,通过不确定度分析,该装置的pJ激光能量测量不确定度达到了0.42%。     

超短光脉冲宽度已被压缩到8fs

超短光脉冲技术除了在物质的超快过程的测量中有重要意义外,其本身的理论和技术也有重大科学和实际意义.自进入八十年代以来,超短光脉冲技术已从微微秒范畴深入到毫微微秒范畴.世界各国的科学家们为获得更短的光脉冲做了大量研究工作.1982年Shank等人[1]获得了30fs的光脉冲,1984年Fuji-moto等人[2]把光脉冲压缩到16fs.不久前有人报道已把光脉冲压缩到12fs.最近Bell实验室的Knox等人[3]又把光脉冲压缩到10fs以内,达到8fs(在半高全宽度内,光脉冲持续的时间不到四个光振动周期),向获得真正的1fs光脉冲的方向前进了一大步. Knox等人还是用光的…     

基于单模光纤的交叉相位调制型频率分辨光学开关超短脉冲测量

利用单模光纤中的光弹效应和交叉相位调制(XPM)效应,提出了一种频率分辨光学开关法测量超短脉冲的新方案.在本方案中,单模光纤的前一部分产生可变延迟,后一部分作为非线性介质产生非线性效应.该方案只需一根单模光纤,无须复杂的光路校准,结构简单,损耗低;光纤中的XPM效应易发生,无须相位匹配.对提出的方案进行了数值模拟,采用基于矩阵的主元素广义投影算法,恢复出待测脉冲的幅度和相位信息,并研究了光纤长度和待测超短脉冲的脉冲宽度对测量结果的影响.结果表明:测量准确度随着光纤长度的增加而提高,选取长度为2 km的光纤,就可以实现对超短脉冲的准确测量;本文方案适用于脉冲宽度不小于80 fs的超短光脉冲的测量.