基于中红外激光吸收光谱的CH4浓度检测仪研究

针对公共安全生产和气候环境研究领域对CH4浓度测量的需求,本文基于中红外激光吸收光谱技术,利用函数发生器、低噪声电流驱动器、温度控制器和7.323μm波段量子级联激光器集成输出模块,结合气池、光电探测器和数据采集系统完成对CH4浓度检测仪的设计与实现。采用波长调制方法对CH4浓度测量展开研究,通过一次谐波平均值归一化处理二次谐波来抑制低频噪声,同时消除了光强波动影响。实验证明在标定浓度范围内,CH4气体浓度值与归一化二次谐波峰值具有良好的线性相关,相关系数高达0.99997。Allan方差分析表明,在积分时间为10s时,系统的检测下限为7.19ppmv。结果表明,CH4浓度检测仪整体性能适用于煤层气开采和储运过程泄漏等需要及时报警的场景。     

基于半导体激光合束技术的高效点火光源研究

随着半导体激光技术的快速发展,以半导体激光为核心光源的激光点火技术得到越来越广泛的应用。本文开展了高效激光点火光源的研究,设计出一种单光纤双波长输出的光学结构,将高功率976 nm点火激光和低功率1310 nm检测激光通过空间合束以及波长合束技术耦合到芯径为105μm,数值孔径(NA)为0.22的光纤中,获得了输出功率大于10 W的976 nm点火激光以及输出功率大于1 m W的1310 nm检测激光,其中高功率点火激光的耦合效率超过90%;通过自聚焦透镜对出纤激光进行光束整形,与自由输出光束相比,整形后出射光斑发散角减小了,入射到点火药剂上的光功率密度增大了,点火效率提高了。实验结果表明,所设计的分光镜膜系以及光路结构可实现光路自检以及高功率点火激光的输出功率同步自检,满足该领域对于点火光源高效率、高可靠性的应用要求。     

激光退火硅晶圆温度场分布的数值模拟研究

目前,激光退火技术被广泛应用于半导体加工领域,但对如何选择激光条件进行相应的退火并没有系统清晰的准则可以参考,尤其是在硅的深注入杂质激活方面。本文通过对激光照射在硅晶圆上形成的温度场分布进行数值模拟研究,分析了激光波长和脉冲宽度对加热深度以及晶圆背面温度的影响。结果表明,延长激光波长或脉冲宽度,都有助于增加激光退火的加热深度。而对于特定的激活深度需求,存在着最优的激光波长和脉冲宽度组合,可以使退火所需要的激光脉冲能量最低,硅晶圆背面的温升最小。本文通过模拟仿真给出了激活深度在1～10μm范围内的最优波长和脉宽值,可为实现高效的深硅注入激光激活工艺提供重要的条件参考。     

一种长焦大变倍连续变焦光机组件结构设计及装调

介绍了一种基于长焦大变倍比连续变焦红外热像仪的结构设计及装调方法。可用于各类红外热像仪的变焦结构设计中,在保证图像清晰的前提下,能够明显改善连续变焦过程中的光轴晃动,提高红外热像仪的光轴一致性和光轴稳定性,控制焦距精度,降低红外热像仪装调难度。该结构采用双导轨配合步进电机组件化设计,相对于其他变焦结构的设计,该结构变焦过程中光轴一致性好,光轴晃动量小,通用性强。     

光子晶体双波长电光调制和模分复用集成器件

为了实现光电子器件小型化和多功能化,进一步提高信息传输容量和速度,提出了一种基于光子晶体双波长电光调制和模分复用的片上集成器件。该集成器件的电光调制模块由硅基光子晶体波导和两个L3型复合腔组成,模分复用模块由硅基非对称平行纳米线波导组成,两个模块的连接处采用硅基光子晶体波导。采用L3型复合腔和PN掺杂结构实现两个波长TE₀模的调制,采用非对称定向耦合结构将两个波长的TE₀模转换为TE₁模。应用基于三维时域有限差分法（3D-Finite Difference Time Domain,3D-FDTD）的Lumerical软件进行仿真分析,结果表明,在调制电压为1.05 V时,该集成器件可以实现中心波长为1 552.1 nm和1 556.1 nm的 TE₀模、TE₁模通断调制及两模式模分复用功能。该器件的消光比高达24.67 dB,调制深度均为0.99,插入损耗小于0.57 dB,信道串扰小于?34.68 dB,调制速率最低为17.54 GHz。该集成器件结构紧凑,可望应用于高速大容量光通信系统。     

双脉冲激光诱导铝等离子体的双波长干涉诊断

双脉冲激光诱导等离子体在激光加工、元素检测、材料去除等领域有广阔的应用前景和发展空间,对其进行诊断具有重要意义。针对延迟双脉冲激光诱导铝等离子体的作用效果和影响机理,采用双波长干涉法对其时间演化规律展开研究。基于马赫-曾德尔干涉仪搭建了双波长干涉诊断系统,得到了双脉冲激光诱导等离子体干涉图。通过对干涉图的处理和分析,得到了等离子体电子密度随双脉冲激光延迟时间的变化规律。结果表明,随着双脉冲激光延迟时间的增加,第二束脉冲激光对等离子体电子密度的增强效果先加强后减弱。其中,双脉冲激光延迟时间为10 ns时,对等离子体电子密度的增强效果最强,在30 ns时刻,其中心区域平均电子密度可达6.49×1019 cm?3,相较于同等能量单脉冲激光诱导等离子体提升了26%。同时研究了延迟时间对第二束脉冲激光作用机制的影响。研究结果为双脉冲激光诱导等离子体的优化方向提供了参考。     

1 532 nm全光纤Er/Yb共掺杂激光器

近年来,相干探测激光雷达是测量远距离低空风切变的有效手段,1.6 μm波段固体激光器以其人眼安全、探测器件成熟等优势成为相干雷达主要光源。其增益介质Er:YAG晶体在1532 nm波段有较强的吸收峰,但吸收谱较窄,因此通过使用1 532 nm光纤激光器进行谐振泵浦可以有效提高晶体输出效率。为此,文中以Er/Yb双包层光纤为增益介质,1532 nm光纤光栅为反射腔镜,976 nm半导体激光器为泵浦源,实现了全光纤化1532 nm激光输出。输出激光最大功率73.44 W,波长可调谐范围为1531.35~1532.14 nm,波长谱宽为0.06 nm,x和y方向的光束质量M2分别为1.38和1.26,是1.6 μm固体激光器的理想泵浦源。并采用此激光器泵浦Er:YAG非平面环形腔获得1.3 W单频激光输出,斜率效率为31.76%。     

基于四波混频效应的1.5 μm多波长单频光纤激光器（特邀）

利用笔者自主搭建的双波长单频光纤激光器作为种子,通过声光调制器以及多级光纤放大后,将激光注入至100 m长的高非线性光纤中,该光纤的零色散点在1 550 nm处。借助高非线性光纤的四波混频效应,最终在峰值功率13 W的泵浦下获得了一系列新的光谱成分,20 dB范围内共产生了46条新光谱。这些光谱跨越了1.337 THz,并且每条光谱中只包含一个纵模。由于新光谱基于四波混频效应产生,不同光谱之间不存在增益竞争等问题,因此,该激光器的多波长单频可以稳定存在,并且光谱强度接近。该多波长单频光纤激光器不仅具有线宽窄、相干性高、噪声低等优势,由于其还可以在全光纤结构下同时输出多个波长的单频激光,这使得其在波分复用光通信、光频率转换、激光雷达、微波光子学等领域具有十分重要的应用。     

分离式长电偶极子稀疏阵列的相干信号多维参数联合估计

由长电偶极子或大磁环组成的大尺寸电磁矢量传感器(ElectroMagnetic Vector Sensor,EMVS)比小尺寸EMVS辐射效率更高,研究其参数估计算法有助于推动EMVS的实装化应用.该文针对分离式长电偶极子稀疏阵列相干目标参数估计问题,提出高精度无模糊的多维参数闭式解算法.首先利用空域旋转不变性和单个矢量传感器内部属性得到方向余弦的高精度周期性模糊估计值,然后借助单个矢量传感器导向矢量推导出2维波达方向粗估计值,最后通过解模糊得到高精度无模糊的多维参数估计值.该方法规避了传统极化平滑算法的极化信息损失和迭代搜索过程,且能实现参数自动配对.计算机仿真结果表明了所提算法在分离式长电偶极子线阵中解相干的有效性.     

偏最小二乘及双波长K系数光度法同时测定矿物中钛,铁

本文运用化学计量学中的偏最小二乘法及双波长Ｋ系数法实现了Ｔｉ、Ｆｅ的同时测定，方法用于铝钒土及钛铁矿中Ｔｉ、Ｆｅ同时测定，结果满意。