CH4受激拉曼散射产生紫外激光用于NO2差分吸收激光雷达的研究

脉冲Nd:YAG三倍频激光(355 nm)泵浦CH4的受激拉曼散射第一级斯托克斯光(395.6 nm)用作NO2差分吸收激光雷达的λon.为研究CH4的受激拉曼散射效应和定量解释其物理机理作了数值模拟计算,并作了一系列的实验.通过调节泵浦能量、光束质量和气体压强,得到了各级散射光的能量转化效率与三者间的函数关系,找到了第一级斯托克斯光的优化条件.     

全光纤转动拉曼激光雷达光电探测系统设计

针对全光纤转动拉曼激光雷达系统的极微弱光探 测问题,以光电倍增管(PMT)为核心,设计了 一款光子计数的光电探测系统。通过阻抗匹配技术对单光子脉冲进行整形以提高单光子脉冲 稳 定性和甄别计数可靠性,微分法测试脉冲高度分布以优化选择PMT工作高压、甄 别阈 值电平等工作参数,改善光电探测系统信噪比(SNR);以泊 松点过程的脉冲堆积非线性分析模型为 基础,搭建可精确改变相对光强的实验测试系统,测试脉冲堆积效应的作用类型和有效死时 间并进行合理非线性校正以提高其线性度。实验结果表明,设计的光电探测系统可有效探 测光子计 数率低于140MHz的微弱光信号且线性度优于1.0%,提出的优化和实验方案对此类光电探测系统具有重要的借鉴意义。     

边界层臭氧差分吸收激光雷达

差分吸收激光雷达是测量边界层臭氧空间分布的一种重要工具。研制了一台边界层臭氧差分吸收激光雷达系统,系统采用Nd:YAG四倍频激光266 nm泵浦H2/D2混合气体产生受激拉曼光作为光源,采用牛顿型望远镜接收大气回波,288.9 nm和299 nm的弹性散射信号被分成两路,被光电倍增管转换为电信号,然后通过A/D采集卡采集保存用以反演大气臭氧分布廓线。给出了系统的探测结果以及和臭氧探空仪地对比验证实验。结果显示该激光雷达可以大大降低几何因子的影响,提供0.2~2 km区间的边界层大气臭氧分布廓线。     

Nd:YAG四倍频激光抽运氘后的拉曼效应及其在激光雷达中的应用

利用 Nd:YAG四倍频激光抽运氘气 (D2 )的受激拉曼效应 ,获得一阶斯托克斯 (Stokes)波长2 89nm。通过改变拉曼介质 D2 气压与抽运光能量 ,获得了一阶斯托克斯输出的较佳条件。该波长与 Xe Cl准分子激光波长 30 8nm采用差分吸收方法 ,建立了用于对流层臭氧探测的激光雷达 ,并初步获得了对流层大气臭氧的垂直分布及其时间变化特征。     

水汽紫外拉曼激光雷达分光系统研究

介绍了一种可用于工作波长在紫外波段的水汽拉曼激光雷达的分光系统,即利用石英三棱镜组合结构实现对激光雷达多波长回波信号的分光。对于266 nm发射波长,由于激光雷达接收的氧气(O2)、氮气(N2)、水汽(H2O)拉曼波长相隔较近,普通的滤光片难以满足要求,利用该分光系统,对其参数尤其是对棱镜间夹角和光束入射角的优化,可将大气中O2、N2、H2O的拉曼散射信号完全分开,使光电检测系统可在三个独立的通道分别接收O2、N2、H2O拉曼信号,从而反演大气中水汽及臭氧含量垂直分布廓线。应用计算机对分光系统进行了模拟计算,以实现分光系统参数的最佳匹配;在入射角约为36°,棱镜间夹角约为106°时,该分光系统可完全分开O2、N2、H2O拉曼信号。最后,用激光激发拉曼管内高压气体产生受激拉曼散射以模拟回波信号波长的实验方法对计算结果进行了验证和标定,结果表明,该分光系统应用于紫外水汽拉曼激光雷达系统具有可靠性和可行性。     

大气探测激光雷达技术综述

大气探测激光雷达具有可提供高时空分辨率、高探测精度和连续廓线数据的优势,已经成为大气探测强有力的工具。按照激光雷达探测技术分类,有米散射激光雷达、偏振激光雷达、拉曼激光雷达、差分吸收激光雷达、高光谱分辨率激光雷达、瑞利散射激光雷达、共振荧光激光雷达和多普勒激光雷达等,分别介绍了各类激光雷达探测的基本原理、发展历史及优缺点,以及其在探测大气气溶胶和云、水汽、温度、风、痕量气体、温室气体和污染气体等方面的应用。最后进行总结,并对激光雷达技术发展趋势进行了展望。     

甲烷和氢气混合气体中的多波长拉曼转换

探索Nd：YAG倍频激光与受激拉曼散射(SRS)结合获得从紫外到可见光范围的多波长输出，可应用于激光雷达探测空气污染等领域。利用Nd：YAG激光的三倍频355nm波长输出在甲烷及甲烷和氢气混合气体中的拉曼特性进行研究。获得在396nm，416nm，447nm和503nm 515nm等多个波长分别约100mW的同时输出，以及对个别波长的增强。讨论了不同常见的工作气体及混合气体的特点。与单一工作气体(氢气或甲烷)相比，混合气体可以获得更为丰富的波长输出。相比甲烷气体在紫外激光照射下的分解作用，由于氢气的加入一定程度上抑制了分解反应，混合气体产生的分解沉淀较少。     

单纵模Nd:YAG激光抽运H2-He混合气体中的强后向受激拉曼散射

用单纵模Nd：YAG二倍频激光（波长532nm，线宽0．003cm^-1，脉宽（半峰全宽，FWHM）6．5ns）抽运Hz／He气体，观察到很强的后向一阶斯托克斯（BS1）受激拉曼散射。在Hz的分压分别为1．0MPa和1．5MPa的Hz／He（体积比）（3／7）混合气体中，当抽运能量为92mJ时，后向一阶斯托克斯光的量子转换效率高达69％左右，而在纯Hz中后向一阶斯托克斯光的量子转换效率分别只有15％和18％。这是因为加入He增强了后向拉曼散射多普勒线宽的Dicke压窄效应，使后向一阶斯托克斯光的拉曼增益系数与前向一阶斯托克斯（FS1）光的拉曼增益系数的比率提高，而且因为后向一阶斯托克斯光与抽运光在反方向传播，它可以提取大部分抽运光的能量，并且脉冲被压窄到1．1ns，使后向一阶斯托克斯光峰值功率达到了抽运光的2．6倍。从激光光斑的强度分布可以观察到后向一阶斯托克斯光呈现为抽运光的相位共轭波。     

单纵模Nd∶YAG激光抽运H_2-He混合气体中的强后向受激拉曼散射

用单纵模Nd∶YAG二倍频激光(波长532 nm,线宽0.003 cm-1,脉宽(半峰全宽,FWHM)6.5 ns)抽运H2/He气体,观察到很强的后向一阶斯托克斯(BS1)受激拉曼散射。在H2的分压分别为1.0 MPa和1.5 MPa的H2/He(体积比)(3/7)混合气体中,当抽运能量为92 mJ时,后向一阶斯托克斯光的量子转换效率高达69%左右,而在纯H2中后向一阶斯托克斯光的量子转换效率分别只有15%和18%。这是因为加入He增强了后向拉曼散射多普勒线宽的Dicke压窄效应,使后向一阶斯托克斯光的拉曼增益系数与前向一阶斯托克斯(FS1)光的拉曼增益系数的比率提高,而且因为后向一阶斯托克斯光与抽运光在反方向传播,它可以提取大部分抽运光的能量,并且脉冲被压窄到1.1 ns,使后向一阶斯托克斯光峰值功率达到了抽运光的2.6倍。从激光光斑的强度分布可以观察到后向一阶斯托克斯光呈现为抽运光的相位共轭波。     

白天大气测温的转动拉曼激光雷达分光系统

大气测温转动拉曼激光雷达通常采用双光栅单色仪来分离得到拉曼散射信号谱线,然而这种结构存在通带较宽的缺点,以致白天工作时输出信号混合了较强的天空背景干扰,无法准确测量大气温度。Fabry-Perot标准具具有滤波带宽窄、带外抑制比高,以及透射率呈周期性的特点,在光栅单色仪前插入Fabry-Perot标准具,能够有效扣除背景光干扰,同时将氧气的拉曼散射谱线滤除,从而提高了输出拉曼谱线的纯度和输出信号的信噪比,最终可提高温度反演精度并实现日光环境下工作。     

Group Theory Approach for the Stimulated Raman Scattering in Fiber

ＧｒｏｕｐＴｈｅｏｒｙＡｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｔｈｅＳｔｉｍｕｌａｔｅｄＲａｍａｎＳｃａｔｔｅｒｉｎｇｉｎＦｉｂｅｒＹａｎｇＢｏｊｕｎＡＮＤＧｕｏＷａｎｗｅｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢａｓｉｃＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰ...     

含水二甲亚砜的受激喇曼散射

用Q—YAG的倍频光作泵浦源,研究二甲亚砜[(CH_3)_2SO]的受激喇曼散射,获得了Ⅰ级和Ⅱ级斯托克斯线。Ⅰ级斯托克斯线的能量转换效率为42％。插入DCM染料放大器后,利用剩余泵浦光放大,其转换效率高达63％。在Ⅰ和Ⅱ级斯托克斯线之间观察到两条强度较弱的波长为λ′=643.46nm,λ″=654.52nm的谱线。     

二甲亚砜溶液中的瞬态受激喇曼散射

实验研究了二甲亚砜溶液中微微秒瞬态激喇曼散射，结果表明前向散射能量转换效率远大于后向散；在泵浦功率超阈值太高的情况下，强聚焦更有利后向散射光的输出。理论分析和实验结果相符。     

四氯化碳的背向受激喇曼散射研究

用倍频Ｎｄ：ＹＡＧ锁模激光５３２ｎｍ泵浦ＣＣｌ４的背向受激喇曼散射，一阶斯托克斯谱线５４６ｎｍ的能量转移效率为１３％，脉宽（ＦＷＨＭ）为８ＰＳ，比泵浦激光５３２ｎｍ的脉宽４０ＰＳ明显变窄。     

GdVO4晶体的受激拉曼散射

采用熔体提拉法生长出了高质量的a轴和c轴GdVO4单晶。测量了GdVO4晶体的室温透过光谱,结果表明GdVO4晶体的短波透过截止边为338 nm,长波透过截止边大于3000 nm,透过范围覆盖紫外、可见、近红外和部分中红外波段,因此可以在较宽波长范围内实现拉曼激光频移。研究了GdVO4晶体在532 nm和355 nm皮秒激光脉冲抽运下的受激拉曼散射(SRS)。采用腔外单次通过方式,获得了3级斯托克斯线(557.98 nm,586.86 nm,618.92 nm)和1级反斯托克斯线(508.01 nm),得到GdVO4晶体一级斯托克斯拉曼散射的稳态增益系数为26.6±0.2 cm/GW,二级斯托克斯拉曼散射的稳态增益系数为14.0±0.2 cm/GW,受激拉曼散射的整体转换效率达到43%。报道了GdVO4晶体355 nm激发的受激拉曼散射,观察到2级斯托克斯谱线(365.9 nm,378.1 nm),在此条件下测得一级斯托克斯谱线的拉曼增益高达114±9 cm/GW。     

包层抽运掺镱光纤激光器中受激拉曼散射和受激布里渊散射效应

高功率光纤激光器大多选用掺镱双包层光纤作为增益介质,由于光纤尺寸较小,极易在光纤谐振腔中产生受激布里渊散射、受激拉曼散射效应。包层掺镱双包层光纤激光器中一旦发生受激拉曼散射和受激布里渊散射效应,其产生高强度信号成为高功率光纤激光器的主要噪声来源,影响激光输出的特性和稳定性。对包层抽运掺镱光纤激光器中的受激布里渊散射和受激拉曼散射进行了实验研究,在单模双包层光纤中观察到受激布里渊散射和受激拉曼散射。实验结果表明,在光纤谐振腔中,抽运方式、谐振腔输出镜损耗、受激瑞利散射对受激布里渊散射的影响较大,尤其是受激瑞利散射为谐振腔提供了附加反馈,不仅压窄激光信号的线宽,而且使得受激布里渊散射的阈值迅速降低。     

Stimulated Raman Scattering in Nanorod Silicon Carbide Films

When the film is excited by a very low excitation energy, the spontaneous Raman scattering emerges. The intensity of Raman scattering is proportional to the excitation power below the threshold excitation. When the excited power reaches the excitation threshold, the intensity of Stokes light strongly increases. Meanwhile an anti Stokes light at 495 nm and multiple order but small Stokes peaks occur. The intensity of Stokes light is much larger than that of anti Stokes. The full width of half maximum (FWHM) of Stokes peak is reduced from 0.4 nm to less than 0.2 nm, the scattering angle between both Stokes and incident lights becomes less than 1°, and the angle between the Stokes and anti Stokes lights is about 3°. When the exciting power is in excess of the threshold, anti Stokes and multiple Raman scattering peaks reappear. These experiments can be unlimitedly repeated. From this experiment, we can exclude the possibility of spontaneous Raman scattering. It is suggested that the nanorods are a quantum line dimension having a large surface. There will be Raman differential scattering section so long as the nanorod films become very strong scattering media; the surface enhanced Raman scattering will be produced, the nanorod films of SiC will form a strong multiple scattering resonance cavities so as to form the stimulated Raman scattering oscillation.     

波导管中高压氢气受激拉曼散射特性研究

本文研究了波导管中准分子激光泵浦高压氢气的高效受激拉曼散射特性,并从理论上分析了采用波导结构后转换效率提高的原因。     

增强圆形谐振腔中弱增益拉曼模式的受激拉曼散射光谱

在悬垂液滴构成的圆形谐振腔中,用若丹明-640染料的激光增益增强了弱增益拉曼模式的受激拉曼散射(SRS)强度.在获得最佳染料浓度和抽运强度后,将这种方法用于探测二元混合物形成的悬垂液滴中的少量化合物,并把此少量化合物(乙醇溶液中的甲醇、水溶液中的乙醇)在悬垂液滴中的SRS探测极限提高了近一个数量级.悬垂液滴光滑的荧光和激光光谱曲线,避免了从荧光和激光光谱中分辨SRS谱线的困难.     

车载激光雷达探测低层大气中NO2

在北京城区和城郊利用第二代车载测污激光雷达（AML-2）进行了外场测量实验,利用差分吸收技术从垂直、水平方向分别给出了低层大气中污染物NO2的典型测量数据。结果表明：城区的NO2浓度明显高于城郊地区的水平,并且也证实了利用该系统可以有效地监测低层大气的污染情况,为空气中有害气体的光学遥测提供了有效的测量手段。