基于单波长外腔共振和频技术产生波长可调谐589 nm激光及钠原子饱和荧光谱的测量

本文基于新型单波长外腔共振和频技术实现了转换效率高、波长可调谐589 nm激光的输出, 其中基频光波长分别为1583 nm和938 nm, 和频晶体为周期极化铌酸锂. 在1583 nm激光频率被锁定到外部环形腔腔模后, 通过对938 nm激光的频率扫描实现了输出功率4.96 mW, 调谐范围7 GHz的589 nm激光输出, 并采用声光调制器的伺服反馈技术有效提高了输出功率的稳定性. 最后采用该光源对钠原子在348—413 K (75—140 ℃)时D₂线的饱和荧光谱进行了测量. 观察到了多普勒背景下钠D₂a, D₂b以及Crossover的亚多普勒结构, 其均可为589 nm频率的锁定提供参考信号. 关键词： 单波长外腔共振 和频 589 nm 钠原子饱和荧光谱     

Zn27+离子的精细结构和偶极振子强度

用全实加关联(FEPC)方法计算了类锂Zn27 离子1s2np(n≤9)态的精细结构.依据单通道量子亏损理论,确定了1s2nl(l=s,p)Rydberg系列的量子数亏损.用这些作为能量的缓变函数的量子亏损,可以实现对任意高激发态(n≤10)的能量的可靠预言.用在计算能量过程中确定的波函数,计算了Zn27 离子1s2 ns-1s2np(n≤9)跃迁的振子强度,三种规范下的计算结果符合的很好.将分立态的振子强度结果与单通道量子亏损理论相结合,计算在电离阈附近分立态间的束缚态.束缚态跃迁振子强度与束缚态-连续态跃迁的振子强度密度,实现了具有较大核电荷数的类锂离子量子跃迁特性的全能域理论预言.     

Recent progress on laser-induced breakdown spectroscopy for the monitoring of coal quality and unburned carbon in fly ash

Our recent progress on developments of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) based equipments for on-line monitoring of pulverized coal and unburned carbon (UC) level of fly ash are reviewed. A fully software-controlled LIBS equipment comprising a self-cleaning device for on-line coal quality monitoring in power plants is developed. The system features an automated sampling device, which is capable of elemental (C, Ca, Mg, Ti, Si, H, Al, Fe, S, and organic oxygen) and proximate analysis (Q _ad and A _ad) through optimal data processing methods. An automated prototype LIBS apparatus has been developed for possible application to power plants for on-line analysis of UC level in fly ash. New data processing methods are proposed to correct spectral interference and matrix effects, with the accuracy for UC level analysis estimated to be 0.26%.     

基于KTP键合晶体的Hansch-Couillaud双波长外腔频率锁定机理

基于KTP键合晶体采用Hansch-Couillaud频率锁定技术实现了双波长外腔同时共振,理论和实验上分别研究了基于键合KTP晶体的HC频率锁定方案. 研究表明,与采用单KTP晶体的结果相比,采用键合KTP晶体进行HC锁频时,能将激光频率分别锁定到e₁光或e₂光的共振峰值. 实验中将环形腔腔模频率锁定到938nm激光器的输出频率上,1583nm激光器的输出频率锁定到环形腔腔模频率上,从而实现了三者之间的相位关联锁定. 关键词： 键合KTP晶体 Hansch-Couillaud锁频 双波长外腔共振     

噪声免疫腔增强光外差分子饱和光谱线型的理论分析

噪声免疫腔增强光外差分子光谱(NICE-OHMS)作为世界上最灵敏的光谱技术可以被应用到痕量气体检测、频率标准、原子分子光谱以及超灵敏引力波测量等领域中,高精细度谐振腔吸收池的使用在增长激光与腔内物质相互作用路径的同时,极大的提高了腔内激光功率,这就会饱和低气压下的气态样品吸收线从而获得亚多普勒光谱结构,因此NICE-OHMS技术不仅具有高灵敏、还具有超高分辨的优点。该研究基于光与二能级分子相互作用的密度矩阵理论对NICE-OHMS技术中包含亚多普勒的多普勒展宽光谱线型进行了理论推导,获得了光谱线型的表达式,同时以该表达式对光谱线型进行了数值模拟,其中调制频率、饱和参量、频率调制系数分别设置为384 MHz,10和0.2。由模拟结果可见吸收光谱由两个边带的吸收信号构成,在包络上存在四个亚多普勒饱和结构;色散光谱由载频以及边带的色散三者决定,并在包络上存在五个亚多普勒饱和结构,获得了与已有实验一致的结果。最后重点分析了不同探测相位、不同饱和参量下的NICE-OHMS光谱线型尤其是亚多普勒结构的变化,由于饱和参量按照调制系数分配给载频和边带,因此虽然载频饱和参量很大,但NICE-OHMS吸收光谱幅度变化不大,主要是由于该光谱信号只与边带饱和参量有关,可以看出NICE-OHMS多普勒展宽信号具有饱和效应免疫的特性,与已有实验结果也符合较好。为更进一步的实验研究提供了必要的理论基础。     

极性晶体量子点中强耦合激子的内部激发态

在有效质量近似下,采用线性组合算符和幺正变换方法研究了极性晶体量子点中强耦合激子的内部激发态性质,导出了极性晶体量子点中强耦合激子的基态能量、第一内部激发态能量和激发能量随量子点半径的变化关系。对TlCl晶体进行数值计算,结果表明,量子点中强耦合激子的基态能量、第一内部激发态能量和激发能量随量子点半径的减小而增大。     

基于STEM模式的研究性学习教学实践——以“ABS工程塑料表面化学镀铜”教学为例

以“ABS工程塑料表面化学镀铜”研究性教学为例,运用适合学生发展的“科工”一体项目式学习方式探索STEM教学模式。学生在真实的问题情境中,通过知识前置学习、项目活动设计、实验探索和成果展示等环节,最终确定了最佳工艺条件。在STEM模式下的研究性学习,学生把理论知识融入到具体的工程技术中,实现了学科之间的融合。     

光纤频率调制光谱技术中残余幅度调制特性的研究

频率调制光谱(FMS)技术不仅可以用来同时测量原子和分子的吸收和色散,还是噪声免疫腔增强光外差分子光谱(NICE-OHMS)的关键技术,由于光纤器件的引入或光源输出光的偏振态不稳定等因素会诱发残余幅度调制(RAM),RAM的产生使得FMS技术在痕量气体检测中的应用受到极大的限制,因此研究光纤FMS中RAM的特性具有非常重要的意义。研究首先通过理论分析了无吸收时的FMS信号的线型及RAM的影响因素,实验测量无吸收时输入偏振方向和输出偏振方向及电光调制器(EOM)温度对光纤FMS中RAM的影响,均与RAM存在线型关系,验证了理论分析结果,并为RAM的抑制工作以及基于RAM的其他应用提供了依据。     

Generation of stable and tunable optical frequency linked to a radio frequency by use of a high finesse cavity and its application in absorption spectroscopy

The laser frequency could be linked to an radio frequency through an external cavity by the combination of Pound-Drever-Hall and Devoe-Brewer locking techniques. A stable and tunable optical frequency at wavelength of 1.5 μm obtained by a cavity with high finesse of 96000 and a fiber laser has been demonstrated, calibrated by a commercial optical frequency comb. The locking performances have been analyzed by in-loop and out-loop noises, indicating that the absolute frequency instability could be down to 50 kHz over 1 s and keep to less than 110 kHz over 2.5 h. Then, the application of this stabilized laser to the direct absorption spectroscopy has been performed. With the help of balanced detection, the detection sensitivity, in terms of optical density, can reach to 9.4×10^-6.     

非对称量子点中强耦合束缚磁极化子的基态寿命

采用线性组合算符和幺正变换方法,研究了非对称量子点中电子和体纵光学声子强耦合下束缚磁极化子的性质.得到了非对称量子点中强耦合束缚磁极化子的基态能量.讨论了量子点横向和纵向受限长度.磁极化子基态能量,电子-声子耦合强度和外界温度对磁极化子基态寿命的影响.由于电子-声子相互作用和外界温度的影响导致了量子体系的跃迁,即磁极化子吸收了声子的能量由摹态跃迁到激发态,造成极化子在基态的寿命发生变化.通过计算发现束缚磁极化子基态寿命随基态能量的增加而变大,随电子-声子耦合强度,量子点横向和纵向受限长度,外界温度的增加而变小.