用于下一代传感和光源的新型材料、光纤及器件

制造技术与复杂模型、设计工具的进步使微纳结构光学器件的实现成为可能。微纳结构光学器件可用于导光与光的相互作用,液态或气态新型光源和传感器件。IPAS致力于新型光学材料研究与开发,将玻璃工艺和光纤开发有机结合,重点研究微纳结构光纤,光纤表面功能处理和器件开发。介绍了IPAS的研究实力和近年的发展概况,其中包括中红外光学材料、纳米粒子嵌入玻璃材料、新型化学和生物传感器(适用于超低量样本及/或体内样本)、激光器件,以及用于光数据处理的新型高非线性光纤。     

Supercontinuum generation in a standard single-mode fiber by a Q-switched Tm,Ho:YVO4 laser

Broadband mid-infrared(IR) supercontinuum laser is generated in standard single-mode fiber-28 directly pumped by a 2054 nm nanosecond Q-switched Tm,Ho:YVO4 laser. The average output powers of 0.53 W in the ~1.95–2.5 μm spectral band and 0.65 W in the ~1.97–2.45 μm spectral band are achieved at pulse rate frequencies of 7 and 10 kHz, and the corresponding optic-to-optic conversion efficiencies are 34.6% and 42.4% by considering the coupling efficiency. The output spectra have extremely high flatness in the range 2060–2400 and 2060–2360 nm with negligible intensity variation(2%), respectively. The output pulse shape is not split, and pulse width is reduced from 29 to ~15.4 ns. The beam quality factor M2 is 1.06, measured using traveling knife-edge method, and the laser beam spot is also monitored by an IR vidicon camera.     

基于自衍射效应的自参考光谱干涉方法的研究

研究一种基于非线性透明光学介质中的自衍射和自参考光谱干涉的新方法来进行飞秒激光脉冲测量. 实验中, 基于此新方法设计一种简单装置, 对800 nm 中心波长, 约40 fs 近无啁啾飞秒激光脉冲进行测量, 并与自参考光谱相干电场重建法测量结果进行比较, 得到了一致的结果. 此新方法与相应的装置结构简单, 可以对深紫外到中红外光谱范围的飞秒脉冲进行测量. 关键词： 飞秒激光脉冲 自参考光谱干涉 自衍射 脉冲测量     

Natural population inversion in a gaseous molecular filament

We propose a new mechanism/scheme to explain the ultrafast population inversion of molecular ions which takes place in a time scale comparable to the femtosecond laser pulse. The nonlinear pumping process including the pump photons and the self-generated harmonic photons of the pump laser would be responsible for building up population inversion to realize remote molecule lasers in femtosecond laser filaments in gases. It is shown that the remote laser emissions in molecular ions of gases may be a universal process in the femtosecond laser filament.     

煤粉燃烧过程碳烟生成的激光测量研究

燃煤锅炉生成的碳烟不仅会增强火焰辐射、影响燃烧外,还排放到大气环境中带来严重危害。为了进一步了解其生成机理从而更好地对其生成量及特性进行控制,对煤粉燃烧过程中颗粒周围碳烟的分布规律进行定量的研究十分必要。本文自行设计了注射式微量给粉装置,成功实现了0.1 g/h量级给粉率下的连续给粉,并通过改进多元扩散燃烧器和以及结合激光诱导白炽光(Laser Induced Incandescence)技术,首次实现了对单颗粒煤粉燃烧过程中碳烟分布的定量测量,发现对于70μm左右的煤粉颗粒,碳烟分布直径约为1 mm。此外还通过控制气氛,研究了含氧量对碳烟生成的影响,发现随着氧含量的上升,碳烟总浓度下降并且峰值出现更早的规律。     

光纤化学传感技术研究近况

光纤化学传感器作为传感器的一个重要分支,结合了化学和光学的相关技术,将化学制膜、光纤技术以及化学分析中的分光光度法、拉曼光谱、荧光光谱、折射率检测等方法相融合,以其微型化,抗电磁干扰,传输信息量大,拥有自身参比等特点不断向前发展。简要综述了光纤化学传感技术研究近况和未来的发展趋势。重点对光纤pH化学传感器、光纤离子化学传感器和光纤气体化学传感器进行了介绍。简要分析了常见的敏感膜制备方法如化学键合法和溶胶凝胶(sol-gel)等方法。新型光纤——微结构光纤的出现为光纤化学传感器开辟了新的发展方向。由于其具有大的内表面积,结构设计灵活多样,光纤内部提供感应场所等特点,快速度成为光纤化学传感器的重要发展方向和研究热点。对微结构光纤衍生而来的新型光纤化学传感器进行了详细评述, 最后对光纤化学传感器的未来进行展望。     

谐振式集成光学陀螺解调特性分析

基于激光器频率谱检测技术,沿着光的传输方向分析了光波在谐振式集成光学陀螺系统中的传播,结合输入信号特征,建立频域内的数学模型,通过数值仿真和实验得到了调频检测系统下的解调曲线。按照光的传输方向：激光器、声光晶体移频器、光波导环形谐振器、探测器,利用贝塞尔函数展开和光场耦合模理论分析了谐振式集成光学陀螺解调特性,及其调频调制检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系。通过数值计算,分析了解调曲线的变化规律,得到了施加在激光器压电陶瓷驱动器上调制波形的最佳调制系数。在实验上搭建了激光器频率调制解调技术系统,得到了解调曲线。数值仿真和实验结果表明,当调制系数M=2时,线性工作区间斜率最大,解调曲线最好。实测形状与理论分析结果相符,从解调信号得到±2×10³ rad/s的陀螺动态范围。     

空地激光通信系统中捕获子系统仿真

针对空地激光通信系统,推导了复合光栅螺旋扫描捕获方法所需的最大捕获时间、平均捕获时间和捕获概率的计算公式,建立了捕获性能仿真模型,分析了捕获时间和捕获概率的关系,以及空中平台的相对速度对捕获系统的影响和抑制方法.仿真结果表明,当通信终端的捕获不确定区域为50mrad,扫描重叠因子为0.12时,捕获探测器的信噪比大于6时,空地激光通信系统总的捕获概率优于95%,最大捕获时间约为36s,平均捕获时间约为12s.     

Generation of high power laser at 1314 nm from a diode-side-pumped Nd:YLF module

We demonstrate a high power continuous-wave （CW） and acoustic-optically （AO） Q-switched 1314-nm laser with a diode-side-pumped Nd：YLF module. A maximum CW output power of 21.6 W is obtained with a diode pump power of 180 W, corresponding to an optical-to-optical conversion efficiency of 12.0% and a slope efficiency of 16.1%. In the Q-switching operation, a highest pulse energy of 3.8 mJ is obtained at a pulse repetition rate of 1 kHz. The shortest pulse width and maximum single peak power are 101.9 ns and 37.3 kW, respectively.