双波长激光移频激发拉曼光谱测试系统设计

拉曼光谱检测常常受到荧光干扰,而移频激发拉曼差分光谱法(SERDS)是一种有效抑制拉曼光谱荧光背景的方法。基于该方法,采用两个波长相近、基于体布拉格光栅技术的固定波长激光器,设计了一套拉曼光谱测试系统。通过控制激光器的功率和温度,保证了输出波长的稳定性。采用高灵敏度的薄型背照式面阵CCD,设计了光谱数据采集光路和电路。同时,在软件上实现了差分光谱的三种重构算法,即简单积分算法、带数值插值的简单积分算法和多重约束解卷积算法。在实验中,利用文中系统对强荧光背景的某品牌香油进行了拉曼光谱测量,分别采用这三种算法处理差分光谱进行光谱重构,并对比了重构效果。实验结果表明,设计的系统能够有效抑制荧光对拉曼光谱检测的影响。     

采用移频反馈的SOA多波长光纤环形激光器

文章报道了一种基于移频反馈的半导体光放大器(SOA)多波长光纤环形激光器,其环腔内插入声光调制器作为移频器,用自制的光纤马赫-曾德干涉仪进行梳状滤波,在输出光谱1.5 dB带宽为21.7 nm范围内,获得了间隔50 GHz的54个稳定的多波长连续光激射,消光比为28 dB.该激光器具有工作稳定性好、输出光谱宽和不同波长功率平坦度高的优点.实验证明,移频反馈技术能够实现激光器不同起振波长间的增益均衡,使输出光谱带宽增大21.7%.     

固体自拉曼激光器多波长输出研究

实验对比了a切和c切的Nd∶YVO4晶体作为激光晶体时,激光器输出光光谱及输出功率上的区别。设计了一种小型化固体自拉曼多波长激光器,实验证明通过调节倍频晶体BBO的角度,可实现多波长选择性输出及同时输出,并测量了其输出光谱及单波长输出时的功率。     

三阶色散对拉曼频移的增强和抑制作用

基于光子晶体光纤(PCF)中脉冲演变遵循的非线性演化方程,用数值方法研究了三阶色散(TOD)对孤子拉曼自频移(RIFS)的影响.结果表明,在反常色散区,正的三阶色散对孤子拉曼自频移有抑制作用,而负的三阶色散却对频移有增强作用.当输入脉冲较窄,色散波产生的距离较短时,由于频谱反弹效应,三阶色散对频移增强的作用在光纤的零色散波长处会被抑制.输入脉冲的峰值功率和形状对拉曼频移被抑制所需光纤的长度有重要的影响.在正常色散区,三阶色散对拉曼频移的影响可忽略不计.     

DFB半导体激光器的频移和色散脉冲崎变

根据分布反馈（ＤＦＢ）半导体激光器的耦合波理论和电吸收调制器模型，推导出了描述ＤＦＢ／ＥＡ集成器件中调制器的端面反射造成的激光器的静态频移和动态频移的解析表达式，动态频移（“反射啁啾”）正比于调制器的有效端面反射率。利用动态频移模型对光脉冲经过反常色散光纤传输后的波形进行了计算机仿真，取得了与实验一致的结果。结果表明：无论脉冲的初始啁啾的正负如何，“反射啁啾”总是使得传输后的脉冲变窄，当反射啁啾为正时，脉冲的上升沿出现“过冲”，而下降沿变缓；当反射啁啾为负时，情况与之相反。     

间隔双倍频移的可调谐多波长布里渊/铒光纤激光器

设计了一种结构简单的波长间隔双倍布里渊频移的可调谐多波长布里渊/铒光纤激光器。利用一个3 dB耦合器形成复合环形腔结构,使奇数阶斯托克斯信号被局限在一个腔内循环,仅有初始布里渊抽运信号和偶数阶的斯托克斯信号能够耦合输出,实现了波长间隔双倍布里渊频移的多波长输出。分析了不同布里渊抽运功率、不同980 nm抽运功率下激光器的输出特性。在布里渊抽运信号功率10 dBm,980 nm抽运功率110 mW的情况下,激光器在1555~1565 nm范围内获得了波长间隔0.176 nm的6个波长输出。     

外腔半导体激光器的设计与高次谐波稳频

首先讨论了半导体激光器外腔结构参量对激光连续可调范围影响的理论计算方法,给出了Littrow结构外腔半导体激光器调谐范围的计算结果。然后介绍了半导体激光器外腔结构参量的具体设计,利用该设计得到了出射激光线宽小于1 MHz、连续可调谐范围可达3 GHz的780 nm波段外腔半导体激光器。接着讨论了利用腔外饱和吸收谱的三次谐波稳频方法对半导体激光器进行稳频,优化激光频率短期稳定度的方法。最后根据该优化方法设计出稳频系统对半导体激光器进行稳频,得到了稳定度达到10-12量级的半导体激光输出。     

波长间隔为20 GHz的多波长布里渊光纤激光器

设计了一种基于环形腔的双倍布里渊频移间隔的可调谐光纤激光器实验装置。 该实验装置由一个3 dB耦合器、一台可调谐激光源(TLS)、一台980 nm泵浦和一个实现双倍布里渊频移环形腔构成。该结构耦合输出偶数阶Stokes光,从而实现间隔约为20 GHz或0.16 nm的多波长输出。并研究了980 nm泵浦光和BP光功率对输出偶数阶Stokes光波数的影响。当980 nm 泵浦功率固定为26 dBm(400 mW),BP功率为10 dBm时,获得了间隔为0.16 nm的11个稳定激光输出以及36 nm(1530~1566 nm)的可调谐范围。     

利用偏振光谱对外腔式半导体激光器实现无调制锁频

将激光器输出频率相对于合适的参考频率标准进行锁定,可以有效地抑制激光器的频率起伏,提高激光器的频率稳定度。对铯原子偏振光谱进行平衡探测,当偏振光谱透射方向与偏振分束棱镜(PBS)偏振面之间的夹角选择合适时,平衡探测后的输出信号即为铯原子D2跃迁线的色散形鉴频信号。实验上实现了波长为852 nm的外腔式半导体激光器对应于铯原子6S1/2(F=4)→6P3/2(F′=5)超精细跃迁线的频率锁定。研究获得在50 s内激光器频率起伏小于±250 kHz,较相同时间内激光器自由运转时的频率起伏3 MHz有显著改善。这种频率锁定的方法不需要对激光器进行调制。     

拉曼光谱在红宝石检测中的应用研究

本文采用显微共焦拉曼光谱仪(785nm)对典型的天然、处理、合成红宝石,以及一些相似红宝石进行了测定.经分析,可知刚玉族宝石的特征拉曼位移在378,417,430,447,576,645和750cm-1附近,其中417cm-1显示最强的光谱特征.一些矿物包体可根据其特征拉曼位移而被检测出,如方解石在1085cm-1附近,这样对天然红宝石的鉴定和产地分析具有一定的参考意义.对于铅玻璃充填的红宝石,在1353cm-1附近具有一强且宽的拉曼峰,通过XRF的定量分析可测得高含量的铅;另外,发现红宝石中被充填了有机胶,拉曼位移在2331,2874和3285cm-1附近.一些合成红宝石的拉曼光谱中可能存在一强且对称的荧光背景,这可能与合成过程中添加了含有过渡族或稀土离子的助熔剂有关.相似的红色宝石具有与红宝石明显不同的拉曼光谱特征,较易鉴别.     

体光栅外腔半导体激光器列阵的光谱及调谐

对采用体布拉格光栅作为波长选择器件的外腔半导体激光列阵进行了实验研究。实验表明,在体光栅外腔作用下,高功率半导体激光器输出的线宽得到压窄、波长得到固定。与此同时,从布拉格衍射相关理论出发,分析了体光栅法线方向改变对激光器系统输出中心波长的影响。实验表明改变体光栅法线方向的角度,可以在一定范围内调整列阵的输出波长。     

激光拉曼光谱法无损鉴别三七及其伪品

应用激光拉曼光谱技术准确无损鉴别三七及其伪品菊三七、藤三七和姜黄。采集了三七及其伪品的拉曼光谱图,并结合二阶导数拉曼图谱对其进行定性鉴别。四种药材的图谱中均出现了1330、1040、943、310 cm-1糖类碳水化合物的拉曼特征峰。三七的谱图中出现了1080 cm-1和1120 cm-1皂苷类化合物的拉曼振动峰;菊三七的谱图中出现了820、899、1144、2935 cm-1b-谷甾醇、吡咯里西啶类生物碱及长链脂肪烃的拉曼特征峰;藤三七的谱图中出现了1462 cm-1和1695 cm-1的腺苷类和尿嘧啶类化合物的拉曼振动峰;姜黄的谱图中出现了962、1187、1433、1596、1630 cm-1等姜黄素类化合物的拉曼振动峰。以上专属特征峰的差异可将三七及其伪品进行很好的区分,并据谱图信息可建立四味中药的拉曼指纹图谱。二阶导数拉曼光谱图可以对三七及其伪品的鉴别结果进行进一步补充验证说明。此方法可准确直接、快速鉴别三七及其伪品。     

近红外激光拉曼技术在体探测胃癌腹膜播散

以腹膜接种人胃癌细胞SGC-7901的裸鼠为胃癌腹膜播散的动物模型,进行模拟外科手术,在体探测不同种植期的裸鼠腹膜癌结节及正常腹膜组织的激光拉曼光谱,对比光谱差异,采用支持向量机(SVM)算法对光谱进行分类和分期判决。结果表明,癌结节和正常组织拉曼光谱差异显著,用支持向量机算法进行分类的灵敏度、特异度和诊断准确度分别为95.73%、70.73%和90.73%;不同生长期的癌结节组织拉曼光谱也存在明显差异,用支持向量机算法进行分期的结果分别为98.82%、98.73%和98.78%。从分类结果可以看出,此方法对指导外科手术中癌变组织的识别有重要的意义。     

真假百元人民币的拉曼光谱研究

采用拉曼光谱作为分析手段,以近红外激光785 nm波长激发,获得了真、假一百元人民币在固定人像水印、全息开窗安伞线、隐形面额数字和光变油墨数字等处的谱图.发现真币与假币的谱图有明显差别,而且不同来源的假币的拉曼光谱也存在着可分辨的差异.研究表明,利用拉曼光谱的分子指纹和微区分析能力,不仅对伪造、变造人民币的识别有重要价值,而且可以分辨不同来源的假币.     

多路低相差输出捷变频率源的设计与实现

提出了一种多路低相差输出捷变频率源的设计方案,给出了系统原理框图、软件设计思路及控制流程,实际测试结果表明,十路锁相直接数字频率合成(DDS)模块输出信号间的相差小于±3°,输出跳频时间为17.2μs,相位噪声≤-109dBc/Hz@1kHz。该方案具有控制灵活,相位噪声低,跳频时间短,多路输出信号相差小的优点,同时有很强的实用性和可扩展性。目前该方案己在工程中得到验证,实际使用效果良好。     

Raman光纤放大器在远距离遥感探测中的应用

首次将Raman光纤放大技术与波长调制技术相结合,使用Raman放大器将近红外激光进行了功率放大,并将放大后的激光应用于远距离天然气管道泄漏遥测中。通过测试Raman光纤放大器在1650nm波段的性能,发现Raman光纤放大器输出功率为Pout时为保证输出信号不发生形变所需的种子光源调制频率f大于0.158×Pout-0.8值,并以此为基础实现了500m远距离的激光遥感探测,为下一步在机载平台上开展天然气泄漏激光遥测技术研究提供了实验基础。     

用于工业气体在线测量的VCSEL恒流驱动电路设计

设计了一种应用于工业气体在线测量的垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)恒流驱动电路.阐述了该恒流驱动电路的组成和工作原理,设计了延时和调制功能,可以安全稳定驱动VCSEL.以测量氧气的VCSEL为例,结合可调谐二极管激光吸收光谱技术对不同浓度的氧气进行测量,得到了较好的拟合系数,验证了驱动电路对VCSEL输出波长控制的稳定性,因此这种恒流驱动电路具有实际应用到工业气体监测中的潜力.     

可调谐二极管激光光谱技术测量燃烧环境下H2O浓度的实验设计

水蒸气是碳氢化合物燃烧的主要产物之一,对其浓度进行测量具有重要的意义.在已有理论基础上推导选择了最佳的拟合线型函数(Voigt线型),结合HITRAN数据库选择了在实验室现有条件下理想的吸收线.理论分析了用两条相邻吸收线的线强比计算温度的可行性,在此基础上建立了一套基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的实验装置,为进一步实验打下了良好的基础.