全固态飞秒激光高光束质量三倍频研究(特邀)

对全固态飞秒激光三倍频产生高光束质量343 nm飞秒激光进行了系统研究。基频光源为脉冲宽度为105 fs、重复频率为76 MHz、中心波长为1 030 nm的商用Yb:KGW锁模激光器,利用1.7 mm长LBO晶体获得60%的二倍频转换效率,然后分别研究了基于BBO晶体Ⅱ类相位匹配和Ⅰ类相位匹配的三倍频产生。在基频光功率为5 W的条件下,利用Ⅱ类相位匹配的BBO晶体,获得的最大平均功率为0.71 W,三倍频转换效率约为14%;利用Ⅰ类相位匹配的BBO晶体,获得平均功率为1.01 W的紫外激光输出,三倍频转换效率为20.2%。获得的343 nm紫外激光的光束质量优于1.3。     

高光谱溢油检测中云背景抑制方法研究

针对高光谱图像溢油检测过程中云背景的干扰问题,提出一种高光谱场景云背景抑制方法.首先,分析了海面溢油的光谱反射率特性,根据海面溢油中C-H键的光谱特征,介绍了基于伪彩图像的溢油检测方法.其次,比较了高光谱场景中海水、溢油和云背景的辐射特性,依据云背景辐射特性的特点,设计了一种新的云背景辐射光谱特征提取模型,在此基础上,进一步考虑云、海面与溢油的差异,选取云辐射最大的波段图像,结合云背景辐射光谱特征生成云背景抑制图.最后,将云背景抑制图与溢油伪彩图像相乘,得到云背景抑制结果.将本文提出的方法应用于实际墨西哥湾Airborne Visible InfraRed Imaging Spectrometer高光谱遥感影像的海面溢油的检测,结果表明本文提出的方法能够在不影响溢油检测条件下,有效地消除高光谱溢油检测过程中云背景的影响.     

多色双光子激发荧光显微技术实验研究

双光子激发荧光(two-photon excited fluorescence, TPEF)显微是一种非线性光学显微技术, 具有高的时间分辨率和空间分辨率、高的信噪比和固有的三维层析分辨能力等优点. 传统的TPEF显微一般采用波长可调谐的超短脉冲激光器作为光源. 在实际应用中, 利用TPEF显微技术研究含有多种荧光团或未知成分的待测样品, 往往需要多次改变激发光的波长以获得对各种荧光团的最佳激发. 为了同时获取不同荧光团的荧光信号, 利用超连续谱激光光源实现了多色TPEF显微成像, 实验中无需调节波长, 能够同时获得具有两种不同发射波长的荧光标记的铃兰根茎切片样品的TPEF图像. 实验结果表明, 与传统的TPEF显微相比, 该方法能够同时获取含有多种荧光团的待测样品的高对比度TPEF图像, 具有系统结构简单、操作简便、信息量大等优点, 在生物医学和材料科学等领域具有广阔的应用前景.     

粗糙目标合成孔径激光雷达信号仿真

建立粗糙表面的蒙特卡罗模型,研究目标表面高度起伏对光外差信号的调制效应,对不同粗糙程度的目标引起的退相干效应进行定量分析,给出光外差信号恶化与粗糙目标表面参量的定量关系.结果表明:当相关长度为100λ,光外差信号随着高度起伏均方根的增大而减小,当高度起伏均方根超过0.2λ时,光外差信号非常微弱;当均方根高度起伏为0.1λ时,光外差信号随相关长度的减小而减小,给光外差探测造成困难.     

复杂含核粒子对贝塞尔波束散射特性的影响

基于面积分方程的矩量法及其快速算法研究了复杂含核粒子对任意入射贝塞尔波束的散射特性.将零阶贝塞尔束的矢量解和坐标系旋转理论相结合,推导出任意入射贝塞尔波束电磁场分量的数学表达式.根据等效原理,建立了求解具有任意形状和复杂内部结构含核粒子散射问题的面积分方程.对贝塞尔波束任意入射下一些复杂含核粒子的散射进行了数值模拟,结果表明:贝塞尔波束入射时的微分散射截面要小于平面波入射时的微分散射截面,且随着半锥角的减小而增大;当波束中心的位置远离粒子中心时,微分散射截面会减小;微分散射截面对波束的入射角非常敏感.这为激光对微粒的探测、诊断以及操纵技术提供有益帮助.     

高峰值功率声光调Q厄米-高斯模固体激光器

在离轴泵浦激光器中,离轴热透镜效应会引起激光器出现厄米-高斯（HG）模式的跳模现象,即随着泵浦功率升高,激光器先由单一的HG模式转变为混合模式,进而跳模到相邻的低阶HG模式。这是由离轴泵浦时离轴的热透镜使谐振腔光轴发生偏移,从而使有效的离轴量减小引起的。激光器所处的模式阶数越高,发生跳模对应的泵浦功率越低。实际中可以通过对离轴量增加一个修正量,使激光器重新恢复到跳模前的模式,泵浦功率越高,需要的修正量越大。实验产生了HG_1,0～HG_16,0 16个模式的高峰值功率脉冲光束,在10 kHz重复频率下,HG_1,0光束的脉冲宽度为32 ns,峰值功率为4.1 kW;HG_16,0光束的脉冲宽度为79 ns,峰值功率为0.7 kW。     

一种用于大气超光谱探测的异型双H-V消偏器

高精度的大气探测光谱仪应用十分广泛,但是由于太阳发出的自然光与大气作用后所产生的(部分)偏振光会影响设备的探测精度,所以该类光谱仪通常需要去除入射光的偏振影响。论文针对大气超光谱成像探测设备的消偏需求,提出了一种新型的双H-V(horizontal-vertical)消偏器。由于晶体的双折射结构在光学原理上可以产生消偏效应,所以消偏器材料通常为双折射晶体,但是该结构同时又会产生双像,从而降低光谱仪的成像质量。针对此问题,结合该大气超光谱探测设备中空间维像元合并的特点提出了一种异型双H-V消偏器。它不同于传统双H-V消偏器中两子H-V楔角相等的结构,所提出的异型双H-V消偏器两个子H-V楔角不同,从而使其在光谱维及空间维对应不同的双像距,在满足退偏度要求的同时保证了成像质量,很好的解决了高消偏度与高成像质量之间的矛盾。论文详细阐述了消偏器的设计方案,并针对消偏效果与成像质量进行了分析,消偏器的退偏率优于98.8%,并且在空间方向双像所占像元数仅为合并像元的8.7%。     

基于固体薄片超连续飞秒光源驱动的高次谐波产生实验

本文报道了采用基于熔石英薄片超连续的少周期飞秒光源驱动高次谐波产生的实验研究.实验中通过将重复频率1kHz的飞秒钛宝石激光放大器所输出的能量0.8mJ、脉宽30fs的脉冲聚焦到7片0.1mm厚的熔融石英片中,得到了覆盖带宽大于倍频程的展宽光谱.利用啁啾镜补偿色散后,经瞬态光栅频率分辨光学开关法测得脉宽为6.3fs,对应约2.3个光学周期.利用压缩后的激光脉冲聚焦作用于惰性气体,并通过调节尖劈插入量改变脉宽,分别测得了分立以及连续的高次谐波截止区信号,结果与6.3fs的脉冲宽度相符合.     

基于Kramers-Kronig关系建立金属太赫兹色散模型

提出了一种基于测量反射率谱、使用Kramers-Kronig(KK)关系建立金属太赫兹色散模型的方法.结合合金铝和合金铜4—40 THz的测量反射率谱,通过反射系数振幅和相位的KK关系,采用高频端指数外推,低频端常数外推的方法,反演金属复折射率.以KK反演的复折射率作为实验值,以拟合复折射率和实验值误差最小为准则,使用遗传优化算法,拟合了合金铝和合金铜的Drude色散参数(等离子频率和碰撞频率).基于优化的Drude模型计算了0.1—40 THz材料的复折射率,与椭偏仪的实测结果符合,验证了模型的准确性.该方法理论与实验相互验证,以测量的复折射率作为实验定标,将远红外频段的色散信息拓展到太赫兹频域,确定了太赫兹频段金属的微观物理参数,提供了太赫兹频段色散和散射机理的研究依据.