Ultrafast Saturable Absorption of Core/Shell Colloidal Quantum Dots

Ultrafast saturable absorption (SA) materials that are capable of blocking the optical absorption under strong excitation have extensive applications in photonic devices. This work presents core/shell colloidal quantum dots (CQDs) which have the quantized energy levels, excellent band gap tunability, and possess significant SA performance. When the band gap is close to the pump pulse energy, the CQDs show significant resonant SA response. At the same excitation conditions, the core/shell CQDs dispersions show better SA response than graphene dispersions, and comparable to the recently reported molybdenum disulfide. The carrier dynamics of the SA of the CQDs is analyzed systematically. The research has also found that the two‐photon absorption of the CQDs show nearly cubic power law of the band gap, while the SA performance keeps almost the same in the nonresonant regime. Further, superior passive Q‐switched laser behavior is observed using the CQDs as a saturable absorber. The results directly reveal the physical processes of this basic problem and broaden the applications of CQDs in photonic devices.     

色噪声对光学双稳态的影响

采用统一色噪声近似构建了由乘法色噪声驱动的纯吸收型光学双稳态状态方程,并分析了色噪声对光学双稳态的影响,将结果与白噪声驱动的光学双稳态进行比较.结果表明:当乘法噪声与加法噪声处在正关联时,增加乘法色噪声的自关联时间r,光学双稳性的区域显著变宽,即磁滞回线面积变大;当乘法噪声与加法噪声处在负关联时,只有乘法噪声较小时,改变乘法色噪声的自关联时间r,光学双稳态才发生改变;当乘法噪声的自相关时间等于零时,本文模型退化为乘法白噪声驱动的光学双稳性状态方程.     

基于流固耦合作用的分布反馈式光纤激光水听器

为了解决流固耦合模态使水听器工作频带变窄的问题,理论分析了流体对双膜片结构的分布反馈式光纤激光水听器固有频率的影响,基于有限元软件对水听器加固封装前后在空气中和流体中的模态和频响性能进行仿真分析,加工制作了水听器原型样品并开展了水声实验研究.实验结果表明,在2 500~8 000Hz的频率范围内,未经加固封装的水听器由于在该频段内存在多个流固耦合固有频率造成响应曲线起伏较大,而采取了加固措施封装后的水听器获得了-142.77±0.8dB的平均声压灵敏度,验证了流体对水听器频响性能的影响以及改善措施的有效性,实验结果与理论及仿真结果吻合较好.     

原子与热库相互作用系统中的三体纠缠特性

利用Ket-Bra纠缠态方法,求解了原子与热库相互作用系统中的密度矩阵主方程,得到了密度矩阵的演化表达式.考虑三个二能级原子独立与热库相互作用的情况,利用负本征值度量三体纠缠,研究了系统中原子间的三体纠缠特性.采用数值计算方法,讨论了热库平均光子数和原子自发辐射率对原子间三体纠缠特性的影响.研究结果表明:随原子自发辐射率和热库平均光子数的增大,原子间的三体纠缠衰减加快.     

玻璃在线激光测厚误差的透反互补抑制

为了抑制激光在线测厚时入射角波动引起的误差,根据几何光学分析了激光透射式和反射式测厚原理,发现激光在特定入射角附近波动时,两种方式的测厚误差一正一负,具有互补性,在此基础上提出基于透射和反射同时测量的互补式测厚方法,该方法可将误差限定在透射式和反射式测量误差之间,抑制在线测厚误差.对于有机玻璃平板,理论计算表明,当激光入射角在67.013°±4°波动时,相对误差绝对值在1%以内,误差抑制率均值大于90%;当入射角为61.536°时,误差抑制率为100%.利用线结构激光器和两个线阵CCD相机搭建互补式测厚实验系统,测量了标称厚度为1~5mm的有机玻璃平板,与透射式和反射式测厚结果进行对照,除厚度为1mm的玻璃外,互补式测厚误差被限制在透射式和反射式之间,最大误差抑制率达61%.实验结果表明,该互补式方法有效抑制了误差,提高了在线厚度测量准确度,解决了在线测量不可重复性导致的无法通过均值法减小误差的问题.     

分幅相机像面一致性分析及分幅方法改进

为了提高分幅相机的像面一致性,从分孔径和分振幅两种分幅方法的原理出发,分析了物体辐射特性影响像面一致性的原因.基于光纤传像器件匀光作用,提出了一种提高像面一致性的方法,并以棱锥分孔径实现六分幅为例,在LightTools软件中仿真了光纤面板厚度、纤芯直径、光线入射角度等参量对像面一致性的影响.结果表明,当光束主光线在光纤前端的入射角在±15°内变化时,增大光纤面板厚度或减小纤芯直径,可使得六幅像面能量差小于0.3%.基于光纤传像器件的棱锥分幅结构,可有效提高分幅相机的像面一致性.     

偏振显示及椭圆偏振光测量实验

以单束正交线偏振光为光源,利用角向偏振显示器,采用CCD摄像机进行图像采集,利用Matlab软件进行图像处理,设计了一种由He-Ne激光器、角向偏振显示器组成的偏振光偏振方向显示系统,并研究了其角度特性.实验结果表明:系统在起偏器的起偏角分别为0°、90°、180°、270°、360°时,角向偏振显示器偏振显示角度的测量准确度分别为0.480°、0.168°、0.528°、0.421°、0.340°,测量精确度分别为0.208°、0.576°、0.660°、0.603°、0.466°,测量数据拟合曲线的线性相关系数为0.999.结合1/4波片,检偏器和分光比为50:50的分束器,构建了椭圆偏振光测量系统,完成了椭圆偏振光测量实验,椭圆率为0.198.     

基于Fibonacci序列准周期结构的小角度低通空间滤波器

利用常规材料构造了Fibonacci序列准周期结构,运用传输矩阵法研究了该结构的空间传输特性,并基于该结构优良的空间传输特性设计了小角度低通空间滤波器.数值模拟结果表明,该小角度空间滤波器的角域带宽可通过改变序列的结构类型和序列数来调谐,其调谐规律为:随着Fibonacci序列F(m,1)中m值的增加,对应空间滤波器的角域带宽减小;随着序列数的增大,对应角域带宽也减小.在调谐的基础上,还可通过改变构成准周期结构的介质折射率参量来精确调节其角域带宽.相比于基于超材料的小角度空间滤波器而言,基于Fibonacci序列的小角度空间滤波器制备更简单,且有望应用于新一代的高功率激光系统中.     

侧面遮拦式日晕光度计的杂散光理论分析

提出了一种侧面遮拦结构的日晕光度计,在镜筒内通过设置多层挡板结构逐层抑制处于内视场的挡板边缘衍射光,同时采用倾斜布置的上挡板结构抑制处于外视场的入射窗口边缘衍射光和侧壁散射光.建立数学模型对这些杂散光抑制挡板进行了仿真计算,结果表明,优化各挡板的几何参数后,日晕光度计的设计视场可达3.5～10个太阳半径,视场内的杂散光水平均可低于10-8平均太阳亮度.相对于高山天文台的日晕光度计在4～8个太阳半径的视场内总杂散光达到10-2平均太阳亮度,该日晕光度计扩展了可观测视场,并使杂散光抑制提高了一个量级.     

部分相干艾里光在大气湍流中的光束扩展与漂移

基于Andrews和Philips的经典漂移方差模型,结合部分相干艾里光的交叉谱密度函数和Tatarskii功率谱,推导出部分相干艾里光在大气中传输时的光束扩展和漂移解析式,对比分析了不同的衰减因子、湍流强度和相干度等参数对部分相干艾里光的光束扩展和漂移的影响,并与高斯光束所得结果进行了比较.研究表明:衰减因子、湍流强度和相干度等对光束漂移影响较大,当它们的取值增大时,漂移越严重;内尺度对光束漂移几乎没有影响;在相同的条件下,艾里光束的光束漂移要比高斯光束小两个数量级,且其本身具有自恢复特性和较强的抑制湍流特性.