基于双色镜光谱合成9.6 kW合成光源

通过光纤激光光谱合成技术,可以打破单个光纤激光器输出功率受非线性因素制约的限制,实现更高功率的激光输出。通过梳理光谱合成技术的发展历程并分析其现状,对其原理及优劣势进行分析,结合自身研究,设计了一款便携式3路合成系统,通过设计及优化光纤激光器的放大结构,严格把控参与合束的子束光源的质量,将1 055、1 070和1 085 nm三路高功率窄线宽光纤激光进行合束,对合成系统中采用的双色镜进行研究,对其膜系指标进行严格的设计,对高陡度截止滤光膜的设计方法以及制备工艺进行分析,对其热损伤规律及控制技术进行研究,优化整个合成系统,最终实现合成功率9 650 W的高功率激光输出,合成效率92%,光束质量M2为1.7,并对未来双色镜光谱合成进行了展望。     

双色激光场中1维共线氢分子离子的经典动力学研究

运用经典理论方法,并采用辛算法数值求解了双色激光场作用下1维共线氢分子离子(H2+)的哈密顿正则方程,得到了氢分子离子在激光场下的经典轨迹。计算了单色场和双色场下氢分子离子(H2+)的存活几率、电离几率、解离几率、库仑爆炸几率随时间的演化,分析了双色场的相位、强度、强度比及倍频的变化对氢分子离子动力学行为的影响,并给出了相应的物理解释。     

双色激光场中激光强度和脉宽对线性多原子分子离子电离的影响

利用强激光场电离和离解分子来研究分子激发态的波包结构是强场物理的重要研究方向。利用短时指数传播子对称分割法和快速傅里叶变换技术,数值求解了一维含时Schr-dinger方程,探讨了双色激光场中激光的基波和谐波强度之间的不同配比以及脉宽对线性多原子分子离子电离的影响。理论计算结果表明：基波和谐波的相对相位为π时,尽管随着激光的基波和谐波强度之间配比的变化,电离几率随原子间距变化的趋势基本保持不变,但在一定的激光基波强度下（1.2×1013~1.2×1015 W/cm2),激光基波强度的变化可以明显改变电离几率随原子间距变化的趋势。另外,激光脉冲的持续作用可以增强分子的电离,取原子个数为5,基频光波长为800 nm,基波与谐波的强度配比为4,频率配比为2,当其作用时间达到75 fs时,电离基本接近饱和。采用外静电场电离模型能够合理地解释这些现象。     

邻羟基苯腈的双色共振增强多光子电离光谱及Franck-Condon模拟

在自制直线式飞行时间质谱仪上进行了双色共振增强双光子电离实验,获得了振动分辨的邻羟基苯腈的共振增强多光子电离(resonance enhanced multiphoton ionization, REMPI)光谱,结合高精度密度泛函理论计算和Franck-Condon光谱模拟,详细分析了光谱特征,发现了大量基频、泛频和组合振动,并进行了光谱归属.大部分苯环的基频振动归属为环在平面内的畸变或平面内的摇摆,这与分子激发过程中苯环的扩张有关.理论和实验结果都表明, REMPI光谱的低频段信号强,背景低,谱带少,分辨率好.随着振动频率的增加,信号向相反的方向变化.这是由于低频段光谱主要来自于低频的基频振动、少量泛频的贡献.随着振动频率增加,泛频和各种模的组合振动逐渐增多,导致了高频区谱带稠密,分辨率变差.高阶振动和多模的组合振动通常有较低的Franck-Condon因子,因此信号随频率增大逐渐变弱,信噪比变差.     

双色制导用InGaAs探测器低温特性的研究

制备了平面结InGaAs短波红外探测器,分别测量了其在室温及液氮温区的响应光谱、电流～电压曲线和光生信号及噪声,发现其光生信号与室温测量值相比下降了大约50%.在液氮温区的测试结果表明,短波探测器的峰值响应率为Rvp=2.41(107V/W),峰值探测率Dp*=1.51(1012(cmHz)1/2/W.其透射谱的测量表明该探测器的透射率能够超过80%.这些指标能够满足红外双色探测系统的需求。     

双色中红外激光场延迟及相位调控产生水窗区间光子

理论研究了双色中红外激光场时间延迟及相位对高次谐波光谱的影响.结果表明：当激光延迟为-1.0 fs,激光相位为0.2π和0时,谐波截止能量可以得到有效延伸,并且获得一个超宽水窗区间谐波连续平台区.此外,谐波光谱的延伸与控制场波长关系不大,即,在上述激光延迟和相位下,控制场波长在2300 nm到2700 nm区间时都可获得水窗区谐波光谱.最后,叠加光谱连续区的谐波可获得35 as的水窗区孤立阿秒脉冲.     

Theoretical analysis on the efficiency of optical-optical double-color double-resonance multiphoton ionization

Analytic formula of the efficiency of optical-optical double-color double-resonance multi-photon ionization （OODR-MPI） is derived from the dynamic rate equation about the interaction of photon and material. Based on this formula, the influence of characteristic of the pump and probe laser on the ionization efficiency of （1＋2＋1） OODR-MPI process is simulated theoretically. It is shown that the pump laser will affect the ionization efficiency by the number control of the molecules excited to the first resonance state. The ionization efficiency is decided by the probe laser directly. Both of the excited molecules and ionization efficiency increase with the intensity and pulse duration of the laser until saturation. It is also found that the longer the delay time of the probe laser to the pump one is, the lower the ionization efficiency would be. The delay time ought to be smaller than the lifetime of the excited molecule in the practical use of the OODR-MPI technique.     

基于支持度变换和top-hat分解的双色中波红外图像融合

为了解决用多尺度top-hat分解法融合双色中波红外图像时经常存在对比度提升有限、边缘区域失真较重的问题,提出了基于支持度变换和top-hat分解相结合的融合方法。先用支持度变换法将双色中波图像分解为低频图像和支持度图像序列;再从最后一层低频图像中用多尺度top-hat分解法提取各自的亮信息和暗信息;用灰度值取大法分别融合亮信息和暗信息;通过灰度值归一化和高斯滤波分别增强亮、暗信息融合图像;然后融合两低频图像和亮、暗信息增强图像;将融合图像作为新的低频图像和用灰度值取大法融合得到的支持度融合图像序列进行支持度逆变换,得到最终融合图像。该方法的实验结果同采用单一的支持度变换法融合和多尺度top-hat分解法融合相比,融合图像的对比度提升了11.69%,失真度降低了63.42%,局部粗糙度提高了38.12%。说明提出的从低频图像提取亮暗信息,并经过分别融合、增强,再与低频图像进行融合,能有效破解红外融合图像对比度提升和边缘区域失真度降低之间的矛盾,为提高图像融合质量提供了新方法。     

红外光谱法对牛肝菌种类鉴别及镉含量预测研究

建立红外光谱快速鉴别牛肝菌种类及预测牛肝菌中重金属镉(Cd)含量的方法。采集11种牛肝菌共98个子实体的红外光谱信息,解析牛肝菌的红外光谱,用一阶导数、标准正态变量和多元散射校正对原始光谱进行预处理,通过PLS-DA鉴别牛肝菌种类。采用ICP-AES法测定牛肝菌中有毒重金属Cd含量,分析牛肝菌对Cd的富集规律并与GB 2762—2012规定的食用菌中Cd限量标准比较,评价牛肝菌的食用安全性。以食用菌对重金属Cd的富集机理为切入点,将牛肝菌红外光谱数据和Cd含量数据进行拟合,用PLS模型快速预测牛肝菌的Cd含量。结果显示:(1)牛肝菌红外光谱经过适当的预处理进行PLS-DA,前三个主成分累积贡献率达到79.3%,PLS-DA的三维得分图能明显区分不同种类牛肝菌;(2)不同产地、种类牛肝菌对重金属Cd的富集存在差异,其含量在0.05~23.41mg·kg~(-1) dw之间,除了采自昆明五华区的灰疣柄牛肝菌外,多数样品的Cd含量超过GB2762-2012的限量标准,食用有一定的健康风险;(3)牛肝菌红外光谱数据与Cd含量拟合后进行正交信号校正-小波压缩优化处理,用PLS模型预测牛肝菌的Cd含量;训练集和验证集的R~2分别为0.851 9和0.882 4,RMSEE和RMSEP分别为2.59和2.67,大部分牛肝菌的Cd含量预测值与真实值较接近,表明PLS模型可用于牛肝菌Cd含量快速预测。傅里叶变换红外光谱结合化学计量学能实现牛肝菌种类快速鉴别及Cd含量准确预测,为牛肝菌种类鉴别和质量控制提供快速、有效的方法。