复杂衬底下的涂层厚度定量检测方法研究

纸币是国家发行并强制使用的货币符号,2019年中国人民银行发行的2019年版第五套人民币纸币,两面采用了抗脏污保护涂层,使纸币的整洁度明显改善。作为“国家名片”,在纸币生产过程中,对每一道工艺都有严格的质量控制,涂层是通过涂布机将涂布液转移、固化至纸币两面,由此称为涂布工艺。为了更加合理地控制涂布质量,生产中需要检测纸币涂层的厚度。针对该需求,文中建立了纸币图纹作为复杂衬底的涂层厚度光学漫反射模型,采用傅里叶近红外光谱仪和激光共聚焦显微系统对已涂布和未涂布的纸币进行识别并定量检测。文中首先根据涂层物质在近红外光谱可被有效识别的特点,对涂层的近红外吸收光谱数据提出了基于多元散射校正（MSC）与二阶导组合的分析方法,确定4 346.764 cm?1为特征波数。再根据反射率、粗糙度对涂层厚度的模型解耦,最后通过激光共聚焦显微系统检测了已涂布纸币的涂层变化,并将其与模型的厚度解耦结果关联,得出测量涂层厚度最小为3.807 μm,最大为12.738 μm。最终结果表明该检测方法对纸币生产中涂层质量控制具有重要的实践指导意义。     

两种国产新型掺Yb氟化物激光晶体的光谱特性研究

掺Yb氟化物激光材料是继掺Yb氧化物激光材料之后的另一类重要的掺Yb激光材料,已经成为可调谐激光和超快激光领域中研究的热点之一。针对两种国产新型掺Yb的氟化物激光材料：混晶材料Yb∶CaF₂-SrF₂和共掺离子型的单晶材料Yb, Y∶CaF₂,进行了详细的光谱特性比对实验研究。通过荧光比对实验,发现这两类激光材料的荧光光谱完全不同,并分析了不同荧光产生的物理机制。通过吸收率比对实验,讨论了两类材料中的激活离子Yb或共掺离子Y的掺杂浓度对晶体吸收特性的影响,得到了最佳掺Yb离子或共掺Y离子的浓度。利用激光二极管作为泵浦源,实现了这两类新型材料在折叠腔型下的连续激光输出运转,其中对于共掺离子型Yb, Y∶CaF₂晶体是首次实现连续激光运转。通过激光对比实验,获得了两类激光材料(四种样品)的激光输入—输出关系曲线,测量了各自的斜效率和激光光谱特征。通过系统地比较两类激光晶体的吸收率、荧光光谱特性、激光光谱特性以及连续激光运转的阈值功率和斜效率等参数得出以下结论：在四种实验样品中,共掺离子型单晶材料中的3at%Yb, 6at% Y∶CaF₂晶体具有最好的光谱和激光特性,具有良好的应用前景。这些实验结果为进一步提升此类激光材料的性能提供了有益的参考。     

基于增益光纤长度优化的双波长运转掺铒光纤锁模激光器

构建了可自启动的双波长运转掺铒光纤锁模激光器.通过优化增益光纤长度,利用掺铒光纤在1530nm附近的再吸收效应调节激光器的增益谱,使激光器在1530nm和1560nm附近具有相同的增益强度.实验中采用31cm掺铒光纤作为增益光纤,以透射式半导体可饱和吸收体作为锁模器件,实现了自启动双波长锁模运转.激光器锁模输出重复频率为58.01MHz,信噪比为58.2dB,最高输出功率为4.8mW.锁模输出的光谱在1532.4nm和1552.3nm处具有两个强度接近的谱峰,谱峰间距约为20nm.该激光器无需手动调节即可实现双波长运转,更便于实际使用.     

GaP波导型发射器产生频率可调谐太赫兹脉冲

报道了利用脉宽可调的光子晶体光纤飞秒激光放大器抽运矩形波导结构的GaP晶体太赫兹(THz) 发射器产生频率可调谐的超快THz脉冲.非线性晶体中光整流过程产生的THz辐射频率随抽运光脉冲宽度而 变化. GaP波导THz发射器可通过波导的几何尺寸来控制色散,以达到增加有效作用长度和提高输出功率的目的. 不同横截面尺寸的波导型发射器的THz辐射峰值频率随相位匹配条件的改变而改变,加以脉宽调节技术, 可以在大频谱范围获得频谱精细可调的THz脉冲.实验中在1 mm×0.7 mm的波导型THz发射器中获得了 频率可调谐的THz脉冲.提出实现THz辐射频率大范围调谐的GaP波导型阵列发射器的实施方案.     

两种国产新型掺Yb氟化物激光晶体的光谱特性研究SCIEI北大核心CSCD

掺Yb氟化物激光材料是继掺Yb氧化物激光材料之后的另一类重要的掺Yb激光材料,已经成为可调谐激光和超快激光领域中研究的热点之一。针对两种国产新型掺Yb的氟化物激光材料:混晶材料Yb∶CaF2-SrF2和共掺离子型的单晶材料Yb,Y∶CaF2,进行了详细的光谱特性比对实验研究。通过荧光比对实验,发现这两类激光材料的荧光光谱完全不同,并分析了不同荧光产生的物理机制。通过吸收率比对实验,讨论了两类材料中的激活离子Yb或共掺离子Y的掺杂浓度对晶体吸收特性的影响,得到了最佳掺Yb离子或共掺Y离子的浓度。利用激光二极管作为泵浦源,实现了这两类新型材料在折叠腔型下的连续激光输出运转,其中对于共掺离子型Yb,Y∶CaF2晶体是首次实现连续激光运转。通过激光对比实验,获得了两类激光材料(四种样品)的激光输入—输出关系曲线,测量了各自的斜效率和激光光谱特征。通过系统地比较两类激光晶体的吸收率、荧光光谱特性、激光光谱特性以及连续激光运转的阈值功率和斜效率等参数得出以下结论:在四种实验样品中,共掺离子型单晶材料中的3at%Yb,6at%Y∶CaF2晶体具有最好的光谱和激光特性,具有良好的应用前景。这些实验结果为进一步提升此类激光材料的性能提供了有益的参考。     

基于10 m光子晶体光纤的放大自相似锁模振荡器研究

基于单根10 m大模场面积保偏光子晶体光纤, 搭建了带有色散图的放大自相似振荡器; 通过仔细调节腔内色散量的大小以及位于色散补偿端的端镜前的狭缝位置和大小, 实现了稳定的锁模运转, 获得了抛物线形脉冲输出. 输出脉冲的重复频率为8.6 MHz, 脉冲宽度为6.2 ps, 光谱宽度为3.84 nm, 平均功率820 mW, 对应单脉冲能量95 nJ. 这是第一次在自相似振荡器中直接获得重复频率在10 MHz 以下的脉冲输出, 95 nJ也是目前自相似振荡器直接输出的最高脉冲能量. 通过数值模拟证实了在第一个光栅的零级反射处和狭缝滤波后可以分别实现抛物线型脉冲和高斯脉冲的两种锁模脉冲输出.     

滤波对8字腔掺铒光纤激光器锁模运转的影响

构建了基于损耗非对称非线性光学环镜的8字腔掺铒光纤锁模激光器,并讨论了腔内滤波带宽对腔内脉冲演化和激光器输出特性的影响.在非线性光学环镜中引入双向输出耦合器,耦合器和传输光纤位置的不对称产生非互易性,实现锁模运转.利用自制的可调谐滤波器实验研究了滤波带宽对激光器的影响.当滤波带宽为2.1 nm时,腔内脉冲的演化过程受滤波和孤子效应的共同作用,激光器顺时针和逆时针输出脉冲半高全宽分别为583.7fs和2.94 ps.随着滤波带宽增大,滤波的作用逐渐减弱,激光器两路输出脉冲参数逐渐接近,并接近傅里叶变换极限脉冲.当滤波带宽较大时,腔内脉冲的演化过程受增益谱和孤子效应的共同作用,激光器顺时针和逆时针输出脉冲均为变换极限脉冲,半高全宽约为440 fs.通过调节滤波器中心波长实现了对激光器输出脉冲光谱的连续调谐,调节范围大于30 nm.     

全光子晶体光纤单级直接放大产生34W高功率飞秒脉冲

构建了全保偏双包层掺镱大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)的单级飞秒激光直接放大系统。光子晶体光纤(PCF)振荡级采用孤子型锁模运转,放大级采用非线性放大技术。该系统获得的高功率飞秒脉冲输出平均功率为34W,脉冲宽度约为50fs,重复频率为42MHz,对应脉冲能量为0.8μJ,峰值功率为16.2MW。     

光子晶体光纤飞秒激光非线性放大系统的耦合动力学过程研究

构建了掺镱大模场面积单偏振光子晶体光纤飞秒激光非线性放大系统. 讨论了腔内净色散量和抽运功率对振荡级输出参数的影响和振荡级参数对放大级输出参数的影响. 在本实验条件下, 当腔内净色散量取较大负色散时, 振荡级直接输出的脉冲更宽, 且携带更少的啁啾. 当振荡级抽运4.53 W时, 选择最接近变换极限的脉冲作为种子脉冲, 放大级在60 W抽运时输出压缩后无基底的短脉冲, 宽度为45.7 fs, 平均功率28 W. 振荡级抽运功率增加到5.08 W, 放大级抽运70 W时, 获得最高输出功率34.5 W, 对应脉宽53.5 fs.     

缺陷对极紫外掩模多层结构反射场的扰动研究

极紫外光刻掩模具有特殊的多层膜堆叠的反射式结构,在工艺制造过程中极易产生缺陷,引起多层膜结构变形,从而对掩模反射场产生干扰。这种掩模缺陷是制约极紫外光刻技术发展的难题之一。建立了含有缺陷的极紫外掩模多层膜结构模型,在此基础上采用时域有限差分(FDTD)法分析了缺陷尺寸和缺陷位置对掩模多层膜结构反射场分布的影响。结果表明,多层膜结构反射场受干扰程度是缺陷的高度和宽度综合作用的结果,并且与缺陷结构的平缓程度有关。反射场受干扰程度也与缺陷在多层膜结构内部的高度位置有关,引起多层膜结构靠近底层变形的缺陷对反射场的影响较小,而引起多层膜结构靠近顶层变形的缺陷对反射场有明显的干扰。