时空联合调制型空间外差干涉成像仪运动误差评估与校正

时空联合调制型空间外差干涉成像光谱仪(TS-SHIS)在对目标推扫成像过程中,指向镜推扫误差、指向镜定位误差或卫星运动平台振动等会引起目标对应像点(x′,y′)偏离理想位置(x,y),导致其与相邻的若干空间分辨单元之间存在光谱掺杂现象,进而影响干涉数据重构及复原光谱精度。基于TS-SHIS机理,针对运动误差引起的目标光谱线性混叠、不同程度的地表反射率差异对复原光谱精度的影响等问题进行了分析;建立了以相邻目标掺杂比、地表反射率差异为变量的混合目标干涉函数关系。依据MODIS卫星载荷观测数据,对中国地区不同空间分辨率地表反射率差异进行了分析;以相对光谱二次误差为评价函数,讨论了典型高轨平台姿态参数对不同空间分辨率目标复原光谱精度的影响,该研究为下一代高轨、高时空分辨温室气体探测技术提供技术基础。     

非偏振分光镜对外差干涉仪非线性误差的影响

除了激光源、偏振分光镜（PBS）和波片等偏振器件之外,非偏振分光镜（NPBS）也是外差干涉仪中重要的非线性误差源。研究了多层介质膜NPBS的退偏效应和方位角对非线性误差的影响。采用p、s分量透射比、反射比、反射相移和透射相移共同表征NPBS的退偏效应,并逐项分析了其非线性误差模型。如果入射光束为理想线偏振光,则只有NPBS的反射相移和透射相移影响测量精度。如果入射光束存在偏振椭圆化和非正交,则NPBS的方位角、透射比和反射比、相移等参数的变化都会引入非线性误差,误差曲线的斜率受椭圆率和非正交角的影响。因此选用不同的激光源,同一个NPBS产生的非线性误差大小不同,一般可达几个纳米量级。为了实现纳米/亚纳米级精度的外差干涉测量,选择性能稳定的NPBS,特别是NPBS退偏效应与激光源输出偏振态之间的匹配非常重要。     

激光干涉测长未对准误差分析

分析了激光干涉测长原理,建立了测长光路中角锥棱镜的光线偏移模型及内部光程模型,推导了忽略直线度误差及角度误差的未对准误差对定位误差测量结果影响关系的简洁表达式,进行了定位误差的测定实验,给出了未对准误差的一种定量评估方法.     

光纤外差干涉位移传感器性能的提高

利用半导体激光器 (LD)、光隔离器、光纤定向耦合器、自聚焦透镜等组成双路光纤斐索型干涉仪。采用三角波电流调制 ,上、下边沿拍频信号差动鉴相的方法 ,提高了测量灵敏度和位移响应速度 ,增大了测量范围 ;利用辅助干涉仪检测系统的相位漂移 ,并对LD发光波长进行反馈控制 ,提高了系统的稳定性 ,实现了大测量范围、高分辨率、高精度位移测量。     

非线性左手材料中的二次谐波

基于电磁场理论，推导了无耗非线性左手材料中二次谐波的曼利－诺关系，及相位匹配条件下正向基波与逆向二次谐波的能量转换过程及其空间分布.验证了可将无耗非线性左手材料的入射面作为反射镜，把能量以二次谐波的形式反射.同时分别给出有限厚度介质板中基波和二次谐波的场强分布数值结果，验证了结论的正确性.最后从相位失配角度说明了相位匹配是分析非线性左手材料二次谐波的重要条件.这为研究左手材料的非线性理论奠定了基础.     

空间外差光谱仪干涉图滤波方法研究

在分析空间外差光谱仪干涉图生成及特点的基础上,提出了基于改进旋滤波的干涉图降噪方法。该方法是在干涉条纹的切线方向进行滤波,能够在不改变干涉图条纹细节的基础上减少干涉图中的随机噪声和暗斑噪声的影响。同时该方法还能有效降低平均光谱的背景噪声,提高特征光谱与背景噪声的信噪比,结果显示旋滤波方法对加入噪声前后干涉图的平均光谱背景噪声信噪比改善分别为47%和240%,能够将一些峰值较小的特征谱从背景噪声中提取出来,提高空间外差光谱技术对一些弱特征光谱的识别率。     

激光外差干涉快速超精密测量模型研究

为了精确地描述激光外差干涉在快速超精密测量中的位移测量．建立了激光外差干涉快速超精密测量模型。传统外差干涉测量模型采用舍去高阶误差的方法,便于分析与快速计算,但存快速纳米精度测量中,高阶误差已经影响到测量精度．根据多普勒频移公式,通过分析激光外差干涉的测量原理．在已有的激光干涉测量模型上增加了u^2/c的积分项．相当于将传统测量模型进行了高阶误差补偿。通过理论分析可知,当最高测量速度为1m/s,运行位移为3m时,该测量模型能够减小约18nm的测量误差,解决了传统测量模型存存的残余误差累计问题,从而为激光外差干涉在快速超精密测量领域的应用提供了一种理论依据。     

二次谐波产生的非线性相移的解析研究

给出一种分析二阶非线性级联效应的解析方法，对Ⅱ型二次谐波产生的非线性级联效应进行了详细的理论研究和分析。结果表明倍频晶体中正交输入两个振幅不相等的基波分量时，在近相位匹配下二阶非线性级联效应能够产生大的相移。利用本文的解析方法可以对任意二阶非线性相移产生的过程进行优化，从而以最小的需求输入功率来获得特定的相移。还对由非线性相移诱导的且与光强有关的偏振旋转效应和一种基于偏振旋转效应的全光偏振开关进行了分析和讨论。本文的结果对于建立一种基于Ⅱ型倍频晶体中非线性相移诱导偏振旋转效应的新全固化被动锁模飞秒激光装置具有十分重要的意义。     

基于激光外差干涉术的薄膜厚度测量方法

针对光学薄膜厚度测量困难问题，提出了一种基于激光外差干涉术的薄膜厚度测量方法。采用经典迈克尔逊干涉光路，利用外差干涉原理将薄膜厚度差转换为光程差，以精密位移平台为扫描机构实现薄膜厚度的逐行扫描测量。测量系统在恒温实验条件下20 min内的漂移不超过8 nm，测量结果平均差小于1 nm，通过与椭圆偏振仪的测量结果比较，测量差值为12.97 nm，表明了该方法的可行性。     

塞曼激光外差干涉仪的非线性分析及校正

He-Ne激光器施加纵向磁场或横向磁场构成的纵向塞曼激光器和横向塞曼激光器,是激光外差干涉仪最常用的光源。外差干涉仪原理表明,干涉仪所测位移和仪器测得的光电信号的相位变化,是线性关系。而实际上由于光源和光学系统难于达到理想状态,使二者之间产生了周期性非线性,导致纳米、亚纳米测量难以实现。本文分析了引起非线性的原因及其特性,提出了校正和减小非线性的方法,并证实了其有效性。     

光学外差探测信噪比研究

对于光学外差探测系统而言,为了有效利用回波信号,需要对信噪比这一表征系统性能的重要指标进行研究。从理论分析了信噪比,给出了计算信噪比的一般公式。理论分析表明,当探测器光敏面上本振光与信号光的振幅、相位、偏振都满足严格的匹配时,外差效率最大。对场分布为艾里函数的光外差信噪比进行研究和数值模拟。结果表明,当艾里斑尺寸的比例系数控制在0.8~1.2内,并使信号光斑主轴偏移量x0控制在0.5以下,探测器的尺寸在(0.6~0.8)λf/d内时,可获得大于0.7ηPs/hνB的信噪比。     

Heterodyne interferometric polarization coherent anti‐Stokes Raman scattering (HIP‐CARS) spectroscopy

We demonstrate a new technique that combines polarization sensitivity of the coherent anti‐Stokes Raman scattering (CARS) response with heterodyne amplification for background‐free detection of CARS signals. In this heterodyne interferometric polarization CARS (HIP‐CARS), the major drawbacks of polarization and heterodyne CARS are rectified. Using a home‐built picosecond optical parametric oscillator, we are able to address vibrational stretches between 600 and 1650 cm⁻¹ and record continuous high‐resolution Raman equivalent HIP‐CARS spectra. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

脉冲幅度均匀化的有理谐波锁模光纤激光器

提出并实现了一种脉冲幅度可均匀化的有理谐波锁模光纤激光器。该激光器采用主动有理谐波锁模机制,可获得重复频率为整数倍调制频率的锁模脉冲信号。通过在光纤激光器谐振腔中添加非线性光纤放大环镜,并利用其反射率对输入信号强度的开关特性,实现对锁模脉冲信号的整幅。在1 GHz的调制频率下,分别获得了4 GHz和5 GHz重复频率的锁模脉冲信号输出,并且在一定的980 nm抽运功率下,可通过调节电光调制器的直流偏置电压大小以及调制信号的调制深度,使得脉冲幅度具有较好的均匀性。     

一维多原子分子离子与超短激光场作用产生的高次谐波

从经典方程出发，采用克兰克-尼科尔森中心差分法对一维多原子分子离子与一维超短强激光场相互作用产生的高次谐波进行了数值模拟计算，发现激光场的初始相位对高次谐波辐射谱有明显影响；通过进一步研究，给出了初步解释。从而，可以通过调节适当的激光初始相位和选取适当的系统来改善高次谐波的相位匹配，产生清晰的高次谐波辐射谱。     

压缩真空中的三能级原子的自发辐射强场高次谐波时间特性的理论分析

对压缩真空与V型三能级原子的相互作用作了理论分析, 探讨了量子干涉效应对压缩真空中原子自发辐射的影响。当原子的上能级简并时强的量子干涉效应影响原子的定态和定态出射光谱, 使它们对原子的初态敏感。这种情况下, 压缩使谱线趋于关于压缩真空中心频率对称, 量子干涉使谱线趋于不对称。通过用单电子近似求解含时薛定谔方程, 用加窗傅里叶分析的方法, 分析了单原子产生的高次谐波的时间特性。理论分析表明, 基态粒子数消耗对不同级次谐波辐射的影响程度不一样; 谐波辐射随着入射激光场强度的增加会出现饱和; 随着谐波级次的增加, 谐波辐射越来越趋向于集中在更短的时间间隔内, 相应的线宽也随着谐波级次的增加而增加。     

椭圆偏振强激光场中准直的乙炔分子的高次谐波发射

We perform an experimental study on high-order harmonic generation (HHG) of aligned acetylene molecules induced by a 35-fs 800-nm strong laser field, by using a home-built HHG spectrometer. It is observed that the molecular HHG probability declines with increasing the laser ellipticity, which is in consistence with the deduction from the well-known tunneling-plus-rescattering scenario. By introducing a weak femtosecond laser pulse to nonadiabatically align the molecules, we investigated the molecular orbital effect on the HHG in both linearly and elliptically polarized driving laser fields. The results show that the harmonic intensity is maximum for the molecular axis aligned perpendicularly to the laser electric field. It indicates that both the highest occupied molecular orbitals (HOMO) and HOMO-1 contribute to the strong-field HHG of acetylene molecules. Our study should pave the way for understanding the interaction of molecules with ultrafast strong laser fields.     

强激光与一维多原子分子离子的相互作用及高次谐波的增强

研究强激光脉冲与一维多原子分子离子的相互作用,讨论双色激光场中高次谐波转化效率的提高,并应用经典三步模型说明高次谐波平台展宽的物理机制.     

Wavepacket Propagation Algorithm with Wavefunction Splitting:Application to Calculate Harmonic Emission of Atom in Intense Laser Pulse

1.IntroductionInrecentyears,intenselaserphysicshasbecomeanactivefield[1'2].WiththelaserintensityincreasingmanynewPerformanceshaveemerged,suchasabovethresholdion-ization(ATI)[3J,high-orderopticalharmonicemission[4~6Jandstabilizationofatomsinintenselaserfield[7~9J.Uptodate,thelaserint6nsityoflO"W/cm'hasbeenobtained.ItismuchgreaterthantheIimitationoflO"W/cm'forwhichthePerturbativetheoryisva1id.Therefore,nonperturbativemethodshavebeenemployedtodealwiththeintensefieldphysicalproblems.Generall…