记录飞秒级超快动态过程的脉冲数字全息技术

采用脉冲数字全息技术实现对飞秒级超快动态过程的数字显微全息记录.其中，全息记录系统将单脉冲分割成具有飞秒至皮秒量级时间延迟的角度相同的物光子脉冲序列和具有同样时间延迟的角度不同的参考光子脉冲序列，并以空间角分复用的方式在普通CCD的一帧图像上记录下包含多张子全息图的复合全息图，然后通过数字傅里叶变换和数字滤波的方法，分别再现出每张子全息图所记录的图像.通过对飞秒激光激发空气电离过程的全息记录，获得了具有飞秒时间分辨的等离子体形成和传播过程的动态图像. 关键词： 超短脉冲激光 飞秒全息 脉冲数字全息 空间角分复用     

飞秒激光烧蚀铝靶产生喷射物的超快脉冲数字全息诊断

采用脉冲数字显微全息技术,对50 fs单脉冲激光烧蚀铝靶过程中的物质喷射以及等离子体演化的动态过程进行了实验研究,获得了高时空分辨的动态数字全息图.由全息图观察到了热弹力波引起的二次喷射现象,并且报道了大延迟下喷射物质对400 nm探测光所引起的干涉条纹的反常移动现象.通过对全息图进行数字再现,得到了不同延迟下探测光穿过等离子体后的二维相位分布,并运用逆Abel变换算法获得了等离子体折射率以及等效电子密度的时空演化动态过程.根据实验以及计算所得到的有关于喷射物的光学性质,对喷射物的结构和成分进行了分析. 关键词： 脉冲数字全息 飞秒激光烧蚀 超快时间分辨 等离子体     

超短脉冲数字全息术中的立体角分复用技术

将角分复用技术应用于超短脉冲数字全息术，可实现对超快过程的动态记录.其中，在角分复用的设计中，由于CCD像素尺寸的限制，一般对物光和参考光的角度要求较为苛刻.为此，提出了一种立体角分复用的方法，并使用连续激光数字全息实验验证了这种方法的有效性.在此基础上，根据超短脉冲数字全息术记录超快过程的特点，设计了能够实现自动连续进行立体角分复用记录的光路.计算分析表明，该光路可在一帧数字全息图上连续记录间隔为纳秒量级的多幅超快过程的动态图像. 关键词： 超短脉冲数字全息术 立体角分复用 超快过程     

飞秒激光脉冲作用下氧化镁的烧蚀及其超快动力学过程

研究了双面抛光氧化镁单晶（111）表面800 nm飞秒激光单脉冲烧蚀阈值和激光脉宽的依赖关系.利用泵浦-探针技术,测量不同能量和脉宽作用下飞秒激光烧蚀的时间分辨反射率的演化.通过扫描电镜观察其烧蚀形貌,发现大量的沿氧化镁［100］晶向开裂的裂纹.讨论了表面裂纹的形成机理,并解释了飞秒激光烧蚀氧化镁的超快动力学过程.     

CS_2飞秒超快非线性特性的实验研究

采用中心波长800 nm、脉宽30 fs的超短激光脉冲,通过飞秒光开关技术对CS_2的飞秒超快非线性特性进行了实验研究.在探测光强与抽运光强比为1∶10时,得到了较理想的光克尔时间分辨曲线.通过实验测定的光克尔信号强度与激发光和探测光偏振方向夹角的依赖关系表明:30 fs的超短激光脉冲激发CS_2的克尔信号主要是源于光诱导双折射效应,而非用200 fs的超短激光脉冲时来自瞬态栅的自衍射效应.     

飞秒激光与超快现象（I）

文章第Ｉ部分介绍飞秒激光的发展过程和应用概况，讨论了飞秒脉冲产生和测量的基本原理，以及近年来在物理和技术上的新进展，特别介绍了在飞秒激光器全固体化，小型化，高效化方面的进步，有关飞秒激光技术在超快现象研究中应用将在第Ⅱ部分介绍。     

强飞秒激光烧蚀石英玻璃的超快时间分辨光学诊断

采用超快时间分辨的光学诊断技术对飞秒激光脉冲烧蚀石英玻璃的动态过程进行了实验研究.首先,对烧蚀过程中石英玻璃外部的物质喷射进行了数字全息记录,获得了不同延迟时间下探测光的二维相位差分布图,并由此推断出了喷射物的成分和结构.此外,对石英玻璃内部的现象进行了时间分辨阴影图记录,从阴影图中观察到了石英玻璃内部的两个应力波的演化过程.这两个应力波与目标靶外部的两次物质喷射相关. 关键词： 脉冲数字全息 飞秒激光烧蚀 超快时间分辨 应力波     

飞秒激光脉冲作用熔石英的超快传热动力学研究

飞秒激光具有超短脉冲宽度、超高峰值功率的特点,飞秒激光与物质作用表现出的非线性吸收和低热扩散特性,使其在高精密微纳器件加工中有着重要的应用前景。建立了针对飞秒激光脉冲与熔石英作用的瞬态光电离以及非平衡传热的超快动力学模型。通过数值求解该模型获得了飞秒激光单脉冲作用熔石英的载流子密度和非平衡电子与声子温度的时空演化;得到了在非平衡态条件下,电声耦合时间随激光能量密度、脉冲宽度的近线性调控规律。进一步研究得到了瞬态电子热导、热容、电声耦合系数的变化规律,并对上述模拟现象进行了分析和探讨。     

利用综合复用技术拓展数字全息显微系统中的记录视场

为了解决现有数字全息显微系统中高分辨率与大记录视场无法同时兼得的问题, 提出了一种在不牺牲分辨率的前提下拓展数字全息显微记录视场的方法. 该方法中运用了波长不同、偏振态不同的四路相互不相干的探测物光, 同时探测被测样品四个相邻的不同区域, 并使这四束探测物光分别与其相应的参考光相干, 在记录面上同时记录下含有被测样品不同区域信息的复合全息图. 将获得的复合全息图经过频谱变换和数字滤波, 分别重构出所记录区域的振幅和相位分布.最后通过图像拼接和图像融合技术, 可实现接近原记录视场四倍的大视场数字全息显微记录. 该方法在测量过程中无需移动记录装置、光源和被测样品, 单次曝光即可实现, 实验结果验证了本文所提方法的可行性. 关键词： 数字全息显微术 角分复用 偏振复用 波长复用     

VUV超短脉冲的产生及其在超快动力学中的应用

真空紫外超短脉冲激光具有波长短、单光子能量高、脉宽小等特点,在飞秒化学以及超快动力学等方面具有相当广泛的应用前景.由于直接利用受激辐射获得真空紫外超短脉冲是相当困难,因此利用非线性频率转换技术,超短脉冲与惰性气体相互作用,将红外、可见或紫外光波段的超短脉冲转换到真空紫外波段是目前获得紫外超短脉冲最快捷有效的方式.围绕真空紫外超短脉冲的产生及其在超短动力学中应用展开,介绍了产生真空紫外超短脉冲的高斯谐波、空心光纤四波混频和光丝四波混频的方法,对其优缺点作了评述,并对真空紫外超短脉冲激光在超快动力学过程中的应用进行了简单的总结.     

Pulsed digital micro-holography of femto-second order by wavelength division multiplexing

Wavelength division multiplexing (WDM) used in a pulsed digital micro-holographic system to record ultra-fast processing of the order of femto-second is reported for the first time, where a BBO crystal is used to generate harmonic wave of the incident laser wave, and both of the basic and the frequency doubled waves are time-delayed and introduced to a Michelson’s interferometer to record two sub-holograms with different spatial frequencies on a single frame of a CCD by WDM. In the experiment, an ultra-fast dynamic process of air ionization induced by a single femto-second laser pulse is holographic recorded by this system, and both of intensity and phase difference images digitally reconstructed are obtained through Fourier transformation and digital filtering, which shows clearly the dynamic process of formation and propagation of the plasma, with a time resolution of the order of femto-second.     

Volume Phase Transmission Gratings and Compact Configurations for Coarse Wavelength Division Multiplexing and Demultiplexing

Volume phase transmission gratings, that have high and uniform diffraction efficiency regardless of polarization of the incident light over a broad wavelength range, have been designed and recorded. Such gratings were incorporated successfully into a novel compact configuration of a coarse wavelength division demultiplexer. Calculated and experimental results of such gratings, and a compact four-channel demultiplexer operating in the 1500 nm to 1600 nm range are presented.     

低泵浦功率的遥泵放大在超长跨距密集波分复用系统中的应用

针对长跨距密集波分复用系统中喇曼放大入纤泵浦功率过大的问题,将遥泵放大器（RP-EDFA）引入到系统中,通过对共纤RP-EDFA的噪音性能及其优化设计的研究,在理论上计算比较了RP-EDFA系统和后向喇曼放大系统在不同泵浦功率水平下的光信噪比和非线性相移,表明遥泵放大技术有效降低了入纤泵浦的功率水平,更适合长跨距应用.运用遥泵放大技术,对一个典型的长跨距系统进行系统Q值的模拟,结果表明：在 220 mW泵浦功率水平下可以实现跨距为 167 km的40×11.6 Gbit/s系统1000 km传输,Q值裕量4.4 dB.     

基于时分复用和窄波长扫描激光的长距离光纤布喇格光栅传感系统

提出了一种通过提高长距离光纤布喇格光栅传感系统容量,从而实现多传感点参量测量的新方法.采用时分复用、窄波长范围扫描激光方式,将多个中心波长相近的低反射率光纤布喇格光栅放置于系统的不同位置,构成准分布式光纤传感系统,实现了多个传感点参量的同时测量.同时提出了采用掺铒光纤和喇曼混合放大方法来延长传感距离.在系统的中间加入一个喇曼泵浦进行喇曼放大以此补偿光纤布喇格光栅反射的信号,系统末端的掺铒光纤利用前面喇曼泵浦剩余的泵浦功率产生自发辐射光并放大传感信号,使得整个系统的传感距离延长.实验证实：将三只中心波长均在1 580 nm附近,反射率均小于4%的光纤布喇格光栅,分别放置在系统的不同位置,在200 km处获得了15 dB的信噪比,反射信号明显|并且在200 km处的静态应变和温度实验中,线性度均达到了0.999以上.     

A Pixelized Variable Optical Attenuator Using Liquid Crystal on Silicon Technology for Tunable Filters

We apply liquid crystal on silicon (LCOS) in 0.8-$mUm standard complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) technology to demonstrate a low-cost, high-performance pixelized liquid crystal variable optical attenuator (VOA) with pulse width modulation. We then build a prototype tunable filter by using this VOA along with a grating in the Littrow configuration. With the application of 5-V pulse width modulation, the proposed VOA achieves a 5.6-dB insertion loss, a dynamic range of more than 20 dB, a 50-GHz channel spacing capability, and a polarization-dependent loss (PDL) of less than 0.6 dB at 15-dB attenuation. Our VOA is suitable for applications such as dynamic channel gain equalizers, channel-blocking filters, sub-components of re-configurable add-drop modules, and wavelength selectors.     

正交多载波产生技术研究

相干且频率锁定的正交多载波光源产生技术在光通信领域有着诸多应用,能广泛用于微波光子学、全光信号处理以及波分复用(WDM)技术和正交频分复用(OFDM)技术.互联网数据业务的快速增长使得超宽带大容量骨干网传输技术越来越受到世界各国的重视,而要实现Tb/s超大容量传输,目前使用的最主要的方法是光的波分复用(WDM)或正交频分复用(OFDM)技术.作为实现光WDM或OFDM的一项关键技术,相干和频率锁定的正交多波长光源技术引起了国内外各大科研机构的强烈关注.介绍了国内外多载波技术的现状以及多载波产生的多种方案,并对每一个方案进行了对比分析,为未来的研究提供了一些参考.     

波分复用薄膜带通滤光片的中心波长温度稳定性

讨论了影响波分复用薄膜滤光片中心波长漂移的因素 ,着重分析了滤光片的温度稳定性。根据实验结果 ,借助于高桥模型 ,分析计算了滤光片的折射率温度系数、线膨胀系数和泊松比以及它们对温度漂移的影响。得到了Ta2 O5/SiO2 滤光片薄膜的折射率温度系数、线膨胀系数、泊松比分别为 1× 10 -5℃-1,5× 10 -7℃-1和 0 12 ,指出了这三个参量是影响温度稳定性最重要的因素 ,特别是薄膜的折射率温度系数。对特定的基板热膨胀系数 ,通过调节滤光片的干涉级次和间隔层材料 ,可望得到零温度漂移的稳定滤光片。     

Ultrafast Nonlinear Interferometer (UNI)Supported by National Nature Science Foundations of China and the High Technology Resource and Development Programme of China.

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＵｌｔｒａｆａｓｔａｌｏｐｔｉｃａｌｔｉｍｅｄｉｖｉｓｉｏｎｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｗｉｌｂｅｋｅｙｄｅｖｉｃｅｉｎｆｕｔｕｒｅｏｐｔｉｃａｌｔｉｍｅｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ（ＯＴＤＭ）ｓｙｓｔｅｍｓ...     

Algorithm for Scheduling Variable-Length Messages in WDM Networks

In this paper, we develop and analyze a simple algorithm for scheduling variable length messages in WDM networks with a passive star coupler. We base our schemes on a star topology with centralized control and use a scheduling algorithm similar to the process management in UNIX system. Every node and message have a scheduling priority associated with them. By comparing our algorithm with random select algorithm, we find that significant improvement in performance can be achieved with very little extra cost.     

Diagnose Parameters of Plasma Induced by Femtosecond Laser Pulse in Quartz and Glasses

Electron plasma induced by a focused femtosecond pulse (130 fs, 800 nm) in quartz, fused silica, K9 glass, and Soda Lime glass was investigated by pump-probe technology. Pump and probe shadow imaging and interferometric fringe imaging have been used to determine plasma density, relaxation time, and electron collision time in the conduction band. In these materials, the electron collision time is about several femtoseconds when the electron density is in the 10¹⁹cm⁻³ range. The electron relaxation processes are different: lifetime is about 170 fs in pure quartz and fused silica, and about 100 ps in K9 and Soda Lime glass. The modified electron band by doped ions is regarded to be responsible for the difference of decay time in these materials.