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.     

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%。     

温度变化环境中Au纳米球光学性质的研究

理论分析了贵金属纳米颗粒介电函数的尺寸及温度修正,考虑环境介质折射率的色散及随温度变化关系,计算了温度变化环境中Au纳米球的光学性质.结果表明,体相和纳米Au金属介电函数实部均随着温度升高而增大,而体相材料和纳米Au介电函数虚部表现出不同的温度特性;对于纳米球的光吸收效率,温度升高,纳米球的吸收峰峰值增大;对10~100nm的Au纳米球吸收效率的温度灵敏度分析表明,Au纳米球的光吸收效率温度灵敏度随粒径增大而减小.     

基于固体介质的倍频程连续光谱产生的研究进展

超快激光经过透明介质时由于非线性作用光谱会得到展宽,甚至能够产生超过一个倍频程的相干超连续光谱,这样的光源能够压缩得到几个甚至单个光周期的超短脉冲,并在现代超快科学的各个领域得到了广泛应用.实验中已经在气体、液体和固体中都观测到了光谱的展宽,目前较为成熟的方法是使用充满惰性气体的空芯光纤和具有高非线性效应的固体材料展宽光谱.但空芯光纤由于芯径限制无法用于高能量激光脉冲的光谱展宽,而固体材料又容易被高功率密度的脉冲激光损坏.随着激光技术的发展其脉冲能量不断提高,一种新的、利用多片薄固体介质实现光谱展宽的方式被提出.多片薄的非线性介质可以实现光谱展宽的逐片累积,而且避免了激光在介质中因自聚焦产生过高功率密度带来的损坏.目前使用这种方法已经在实验上得到了近毫焦尔量级的倍频程光谱,覆盖了近紫外到中红外的整个区域,并实现了脉冲压缩.本文简要回顾了超快激光在固体中光谱展宽的发展历程,概述了新型薄片固态介质产生超连续光谱的原理,对近年来使用此新方法的实验进行了简要分析,并对其发展前景进行了展望.     

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.     

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.     

基于多特征的快速红外弱小目标检测算法

为了从全向红外搜索和跟踪系统采集的海量大视场高分辨率红外图像中快速准确地检测出红外弱小目标,本文提出了一种基于由粗到细的分阶段检测策略和时空域特征融合的红外弱小目标检测算法.首先,通过引入基于频域的快速显著性检测算法预先检测出目标可能存在的候选区域;其次,对候选区域进行角点检测以判定是否存在候选目标;最后,通过结合帧间时空域特征对候选目标进行进一步判定,以提取真实目标、删除虚假目标.多种实际场景的实验结果表明,该目标检测算法不仅运算量小而且探测概率高、虚警率低,是一种工程实用性能很好的红外弱小目标检测算法.     

超高斯光束抽运调Q固体激光器仿真模型研究

仿真计算一直是研究激光器的重要手段,而激光理论是仿真计算的基础.虽然半经典激光理论能够精确地描述激光的产生过程,但是其复杂性导致仿真需要庞大的计算资源和计算时间.为了能够更加高效地对激光器进行仿真,提出了一种调Q固体激光器的仿真模型.基于此模型,研究了影响主动调Q激光产生过程的因素.这些因素包括抽运功率、抽运光分布和模式竞争.仿真计算结果与对照实验测量数据相符合,说明了模型的有效性.