Stable multiwavelength fiber ring laser with equalized power spectrum based on a semiconductor optical amplifier

We experimentally demonstrated a new structure of a multiwavelength semiconductor optical amplifier (SOA) ring laser based on a fiber Sagnac loop filter that can generate up to 25 stable output lasing wavelengths at room temperature. By varying the length of a polarization-maintaining (PM) fiber within the Sagnac loop filter, the wavelength spacing between the output lasing wavelengths can be changed to a desired value. By tuning a polarization controller (PC) within the Sagnac loop filter, stable multiwavelength 1550-nm operation with up to 17 lasing lines within 3 dB power level variation and with a wavelength spacing of ∼0.8 nm was achieved. The optical signal-to-noise ratios (OSNRs) of all the lasing wavelengths are greater than 40 dB.     

Analysis of a 1×32 polymer microring resonant wavelength de-multi/multiplexer assistant with interleave filter

A new 1×32 wavelength de-multi/multiplexer utilizing the microring resonator and interleave filter is proposed in this paper. A novel formula of transfer functions is presented, the parameters of microring are optimized, and the transmission characteristics of the system are analyzed. The channel spacing of the presented device is 0.4 nm. The analytical result shows that the crosstalk between adjacent channels can be reduced greatly and the filter response of the device can be improved by using the interleave filter. A bandwidth (3 dB) of 0.21 nm, an insertion loss less than 1.1 dB, and crosstalk below −32 dB were obtained for the optimized device. A method for compensating the manufacturing tolerances is discussed.     

不同微场分布函数对Stark加宽和频移的影响

分别采用Holtsmark,Neutral Point,Nearest-Neighbor和Mayer模型微场分布函数对Stark线型进行了研究,进而得到相应微场函数下的Stark加宽和频移,研究了4种不同的微场分布函数对Stark加宽和频移的影响。研究结果表明,在电子加宽参数不变时,4种微场分布函数对Stark加宽和频移的影响随离子加宽参数的增加而增加;在离子加宽参数不变时,4种微场分布函数对Stark加宽和频移的影响随电子加宽参数的增加而增加;特别是,当离子加宽参数较大时,Mayer模型微场分布函数对Stark加宽和频移的影响异常明显。这说明,微场分布函数对谱线的加宽和频移的影响在离子与离子碰撞剧烈的等离子体环境中尤其显著, 在这样的等离子体环境中,进行等离子体诊断时,选择合适的微场分布函数非常重要。结果对等离子体诊断有一定参考价值。     

混沌时间序列的局域高阶Volterra滤波器多步预测模型

依据相空间邻近轨道演化相似性特点建立训练模式,提出了基于自适应高阶非线性Volterra滤波器（HONFIR）的混沌时间序列多步预测模型（MSP-HONFIR）;通过定义距离相似度、趋势相似度来衡量轨道演化相似度,提出了混沌吸引子邻近轨道判别的新方法;从模型训练充分性角度出发探讨了MSP-HONFIR滤波器模型训练集规模控制的依据.数值研究表明MSP-HONFIR滤波器模型的多步预测性能优于原有HONFIR滤波器模型. 关键词： 混沌 非线性自适应预测 Volterra滤波器模型 训练模式     

Structural analysis of uniformly C-labelled solids from selective angle measurements at rotational resonance

We demonstrate that individual H–C–C–H torsional angles in uniformly labelled organic solids can be estimated by selective excitation of ¹³C double-quantum coherences under magic-angle spinning at rotational resonance. By adapting a straightforward one-dimensional experiment described earlier [T. Karlsson, M. Eden, H. Luhman, M.H. Levitt, J. Magn. Reson. 145 (2000) 95–107], a double-quantum filtered spectrum selective for Cα and Cβ of uniformly labelled l-[¹³C,¹⁵N]valine is obtained with 25% efficiency. The evolution of Cα–Cβ double-quantum coherence under the influence of the dipolar fields of bonded protons is monitored to provide a value of the Hα–Cα–Cβ–Hβ torsional angle that is consistent with the crystal structure. In addition, double-quantum filtration selective for C6 and C1′ of uniformly labelled [¹³C,¹⁵N]uridine is achieved with 12% efficiency for a ¹³C–¹³C distance of 2.5 Å, yielding a reliable estimate of the C6–H and C1′–H projection angle defining the relative orientations of the nucleoside pyrimidine and ribose rings. This procedure will be useful, in favourable cases, for structural analysis of fully labelled small molecules such as receptor ligands that are not readily synthesised with labels placed selectively at structurally diagnostic sites.     

基于石墨相氮化碳量子点直接荧光猝灭法检测碘离子的研究

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)荧光纳米材料具有原料便宜、制备容易、荧光量子产率高、光学稳定性好、毒性低等优点,并且避免有机荧光染料复杂的合成步骤或者金属半导体量子点对环境潜在的危害,这些优点使得g-C₃N₄纳米材料成为新兴的荧光探针用于检测金属离子。最近,已有文献报道重金属汞离子能够高灵敏高选择性地猝灭g-C₃N₄量子点的荧光,加入碘离子能够提取被键合的汞离子形成碘化汞(HgI₂)进而恢复g-C₃N₄量子点的荧光,从而建立一种高灵敏检测碘离子的荧光传感器。然而,该方法依然需要重金属汞离子的参与,限制了该方法的推广应用。通过硝酸氧化块体g-C₃N₄并结合水热法处理制备了一种水溶性好、荧光强度高的g-C₃N₄量子点。该量子点的荧光发射波长位于368 nm,且其荧光发射波长不随激发波长的改变而改变,表明该量子点的尺寸比较均一。笔者发现碘离子在220 nm处有一个较强的吸收峰,与该量子点的激发光谱(中心波长245 nm)具有较大的重叠,从而产生内滤效应引起该量子点的荧光发生猝灭。利用这一性质,构建了一种选择性检测碘离子的新型荧光传感器。在最优检测条件下,g-C₃N₄量子点的荧光猝灭强度(ΔF)与碘离子浓度(X,μmol·L-1)在10～400 μmol·L-1之间具有良好的线性关系,线性方程为ΔF=0.325 79X+6.039 05(R2=0.999 5),检出限为5.0 μmol·L-1。通过“混合即检测”并且不需要借助与重金属离子的配位作用就能够检测碘离子,因此该方法具有快速、环保以及操作简便等优点。     

基于高阶残差量化的光谱二值编码新方法

光谱二值和多值编码技术能够实现目标光谱的快速匹配、识别和分类等应用,但这类量化编码方法会损失大量的光谱细节信息,且不能解码出与原始光谱近似的重构光谱,应用有限。为了解决上述问题,提出一种高阶残差量化的光谱编码新方法HOBC(high-order binary coding)。首先,对光谱向量进行去均值的规范化处理,得到值域为(-1, 1)的光谱序列;然后,求解规范化光谱的±1编码、编码系数和残差（即一阶残差）;基于一阶残差,逐阶解算2至K阶残差的±1编码及其系数;最后得到K个编码序列及其系数,即为HOBC的编码结果。选择典型波谱库数据集,对比光谱0/1二值编码BC01(binary coding with 0 and 1)、光谱分析编码SPAM(spectral analysis manager)、二值/四值混合编码SDFC(spectral derivative feature coding)和DNA四值编码等4种方法,进行了光谱量化编码和解码重构实验,分别统计了光谱形状特征和斜率特征编码的信息熵和存储量、光谱形状特征编码与原始光谱之间的光谱矢量距离SVD (spectral vector distance)、谱间Pearson相关系数SCC (spectral correlation coefficient)和光谱角SAM (spectral angle mapping)。结果表明,在编码存储量上,HOBC的1～4阶编码分别与以上4种编码相等;在编码信息熵上,HOBC的1～2阶编码分别与BC01和SPAM相等,而HOBC的3～4阶编码分别高于SDFC和DNA编码;在SCC上,HOBC1阶编码与BC01相等,而2～4阶编码均分别优于SPAM,SDFC和DNA编码;在SAM方面,HOBC 1～4阶编码均分别明显优于4种对比方法;4种对比方法不能明确解码重构,而HOBC可简便重构出与原始光谱近似的解码序列,且SVD逐阶递减。进一步,基于临泽草地试验站公开光谱数据集,进行了10类地物目标的光谱编码和监督分类实验,实验结果表明,在Kappa系数,总体分类精度和平均分类精度等3种性能评价指标上,HOBC均明显优于4种对比方法,尤其是,HOBC 4阶编码优于原始光谱的分类性能;对样本数量较少且类间相似性较高的难分类地物,HOBC亦具有优于其他算法的鲁棒性。说明HOBC编码在大幅压缩数据量的同时,其编码序列能保留较高的信息量,且具有较高的光谱可分性,可用于光谱高精度快速识别和分类;其解码重构序列与原始光谱序列具有较高的相似性,理论上可适用于目标识别和分类等应用。     

基于XGBOOST的恒星光谱分类特征数值化

恒星光谱分类是研究恒星的基础性工作之一,常用的光谱分类是基于20世纪70年代Morgan和Keenan建立起来的并逐步完善的MK分类系统。然而基于MK规则的交互式决策分类系统对处理海量天文光谱数据存在着一定的困难。目前光谱巡天一般采用的自动化分类则是模版匹配方法而忽略对谱线特征的测量。怎样自动、客观地提取海量光谱中的分类特征并应用这些特征进行分类可以对天体的物理化学性质的统计分析至关重要。针对此问题,通过机器学习和计算光谱的谱线指数结合的方法,提取光谱特征,并通过大数据分析定量地确定对光谱特征谱线的分类判据（数值化）,确定每一类光谱具有物理意义的特征谱线的强度分布。首先对LAMOST DR4恒星光谱测量其谱线指数作为输入,光谱的分类标记采用官方发布的分类结果。使用XGBoost算法进行自动分类及特征排序,从而获得已知或未知的对于分类决策最为敏感的谱线。首先,选取高信噪比（S/N>30）、被LAMOST标记为B,A,F和M的恒星光谱数据,总计约414万个。然后,对光谱数据计算谱线指数从而使其得到降维处理,过滤冗余信息。其次,将处理后的恒星光谱数据随机划分为训练集和测试集,通过适当调整算法参数,用训练集得到所需要的分类决策树模型,用测试集测试其稳定性和可用性,以防止出现过拟合,同时使用算法自带函数进行提取分类特征。最后,输出并整理实验中算法所得的决策树模型,并挑选其概率比较大的分支作为最终的决策树模型。通过实验,可以发现在固定参数下,XGBoost所得的模型有一定的自适应性,较少受数据集影响,总体准确率可达88.5%;同时其所输出的分类决策树与已知的特征较为吻合,而且可以获得基于大数据的、数值化的特征谱线对应分类的范围,为完善基于特征的分类提供定量的规则。     

重金属碲酸盐玻璃中Ho~(3+)的红外辐射特性

制备了高折射率Ho3+单掺和Ho3+/Yb3+共掺低声子能量重金属碲酸盐玻璃.根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合,求得Ho3+强度参数Ωt(t=2,4,6)分别为4.373×10-20,1.906×10-20和1.451×10-20cm2,并进一步计算了Ho3+在红外区各能级跃迁的振子强度、自发辐射跃迁概率、辐射寿命和荧光分支比等光谱参数.982 nm激发下,铋碲酸盐玻璃中Yb3+直接敏化Ho3+,在红外区产生有效红外发射.Ho3+吸收与发射截面在1.95和2.05μm处分别高达5.63×10-21和6.24×10-21cm2,大于Ho3+掺杂磷酸盐和氟化物玻璃,这有利于降低激光抽运阈值,实现高效Ho3+激光输出.较低的声子能量和较大的发射截面表明,Ho3+/Yb3+共掺杂铋碲酸盐玻璃有望成为良好的红外激光工作物质.     

Tunable wavelength filters using polymer long-period waveguide gratings based on metal-cladding directly defined technique

In this work, long-period waveguide grating-based tunable wavelength filters using organic–inorganic grafting poly(methyl methacrylate)(PMMA) materials are designed and fabricated by metal-cladding directly defined technique.The thermal stabilities and optical properties of the organic–inorganic grafting PMMA core materials are analyzed. Structures and performance parameters of the waveguide gratings and self-electrode heaters are designed and simulated. The contrast of the filter is about 15 d B and the resonant wavelength can be tuned by different electric powers applied to the metal-cladding self-electrode heaters. The temperature sensitivity is 3.5 nm/℃ and the switching time is about 1 ms. The technique is very suitable for realizing the optoelectronic integrated wavelength-division-multiplexing systems.