1 北京化工大学 信息科学与技术学院，北京 100029
2 中国计量科学研究院 光学与激光计量科学研究所，北京 100029
3 西安应用光学研究所 国防科技工业光学一级计量站，陕西 西安 710065
测量重复性是光压测量装置的最大不确定度分量，直接影响测量结果的准确性。为了在高功率激光测量过程中提高功率测量的准确度，搭建了基于光压的高功率激光测量装置，进行了质量测量重复性实验和激光功率测量重复性实验，对两个实验的结果进行了比较分析。实验结果显示，光压测量装置的测量重复性随被测质量和被测功率的增大而逐渐降低，表明光压方法在测量高功率激光时更具优势。在激光功率测量重复性实验中，由于避免了偏载和气流扰动的影响，因此激光功率测量重复性优于根据等效质量计算的测量重复性。研究结果对后续进一步提高光压方法的测量准确度具有指导意义。
高功率激光 光压 测量重复性 质量 high power laser light pressure measurement repeatability mass
1 浙江方圆检测集团股份有限公司，浙江 杭州 310013
2 浙江工业大学材料科学与工程学院，浙江 杭州 310014
3 浙江科技学院信息与电子工程学院，浙江 杭州 310023
应用紫外-可见光（UV-Vis）漫反射光谱与拉曼光谱对海水大珠母贝养殖的具有不同金色深浅的珍珠（以下简称“金珠”）的光谱特征进行研究。结果表明，金珠对应的UV-Vis 漫反射光谱中在约360 nm、280 nm 处存在特征吸收峰，且360 nm处吸收强度与金珠的金色饱和度呈正相关性，360 nm与280 nm 两处的吸收强度存在负相关性，即：珍珠表面呈现的金色越深，360 nm 处吸收越强，280 nm处吸收越弱；反之，金色越弱，360 nm 处吸收越弱，而280 nm处吸收越强。其次，分别以405、532、785 nm波长的激发光源进行珍珠拉曼光谱检测。在同一激光波长下，随着激光能量的增加（0.05%~100%），谱图中约1086、705 cm-1处，特别是100~300 cm-1区间归属珍珠中生物文石的特征峰位渐显且峰强渐增。同时，在405 nm与532 nm 激光光源下，珍珠的拉曼光谱中约1300~1600 cm-1区间可见两处较宽的拉曼峰。上述两处特征峰随着激光能量的增大，拉曼峰的强度也随之增大且发生定向的频率位移。此外，在激光能量较低时，拉曼谱图中约1086 cm-1处文石的特征拉曼峰强度明显高于珍珠中自身有机质导致的荧光峰强。随着激光能量的提升，激光束对珍珠样品表面的辐照破坏愈加明显。该研究工作可为当前金珠颜色的形成属性及仿金珠的鉴定提供理论与技术支撑，同时对于拉曼光谱在其他类宝玉石的检测鉴定中具有一定的借鉴意义。
光谱学 海水养殖金色珍珠 紫外可见漫反射光谱 拉曼光谱 频率位移 激光辐照 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1930004
中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所, 北京 100029
建立了一套基于光压原理的高功率激光测量装置,其功率测量不确定度优于2%(置信因子k=2)。在0.6~15 kW功率范围内将光压方法与量热方法进行了比较,得到的最大相对偏差小于1%。该装置的功率测量上限仅受限于激光反射镜的损伤阈值,因此其功率测量上限可达100 kW甚至更高,同时还具有响应速度快、测量准确度高、可在线测量等优点。
测量 高功率激光 光压 在线测量 测量不确定度
太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是一种非常有效的相干光谱探测技术, 被广泛应用于材料特性分析、 爆炸物探测、 医学诊断以及气体检测等众多领域。 传统THz-TDS系统采用钛宝石飞秒激光器作为光源, 体积大、 成本高, 限制了THz-TDS的大规模应用。 光纤激光技术近年来发展迅速, 光纤飞秒激光器近年来已实现商用, 尤其是掺铒光纤飞秒激光器, 具有成本低、 体积小、 稳定性好等优点。 采用全光纤的设计方案, THz-TDS系统可设计的非常紧凑和灵活, 同时由于飞秒激光在光纤中传输, 大大提高了系统的抗环境干扰能力, 在工业和现场测量方面具有巨大的应用潜力。 但另一方面, 由于色散展宽、 偏振方向不匹配等效应的影响, 会对THz-TDS系统的性能造成严重影响, 需要在系统设计时充分考虑。 本文设计研制了光纤型THz-TDS系统, 对光学、 电学和软件三个子系统分别进行了简要介绍。 通过插入色散补偿光纤进行色散管理实现了飞秒脉冲宽度的控制, 使得到达太赫兹光电导天线的飞秒脉冲宽度保持在50 fs左右, 从而消除了因飞秒脉冲展宽导致的太赫兹时域脉冲展宽。 通过对飞秒激光偏振态的精确控制, 使泵浦激光和探测激光偏振方向与保偏光纤的快轴或慢轴保持平行, 避免飞秒脉冲同时沿快慢轴传输导致到达太赫兹天线的时间存在先后, 从而消除了太赫兹时域脉冲的分裂现象, 获得了信噪比优于12 000的单脉冲太赫兹时域波形。 采用变角度光路结构设计, 实现了太赫兹透、 反射光谱测量的便捷切换, 以及变角度太赫兹光谱的测量, 给THz-TDS系统的应用带来了很大的方便。
太赫兹 时域光谱 变角度 光纤型 光电导天线 Terahertz Time-domain spectroscopy Variable angle Fiber-type Photoconductive antenna 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3379
1 浙江方圆检测集团股份有限公司, 浙江 杭州 310013
2 浙江工业大学材料科学与工程学院, 浙江 杭州 310014
采用紫外-可见(ultraviolet-visible, UV-Vis)反射光谱并结合405 nm为激发光源的光致发光(photoluminescence, PL)光谱对海水养殖的黑色系珍珠进行较系统的光谱采集、 比对, 以期探究天然色黑色珍珠在上述光谱中的异同特性。 结果表明: (1)基于UV-Vis反射光谱中250~800 nm区间的谱图特征, 首次将黑色系珍珠的UV-Vis反射特性归类为四大类, 即①在约400, 500和700 nm处均存在吸收峰; ②在约400和500 nm两处存在吸收峰; ③在约400和700 nm两处存在吸收峰; ④在约500和700 nm两处存在吸收峰; (2)在405 nm激发光源下, 黑色珍珠的PL光谱在约620, 653和677 nm处皆出现特征吸收, 上述各吸收峰位在其他类别的淡海水珍珠的PL光谱中未曾见有具体报道。 且有趣的是, 首次发现黑色珍珠的PL光谱中约677 nm处的特征吸收峰表现出较强的光敏特征, 即随着激发光源辐照时间的延长, 该处吸收峰的强度渐弱甚至消失。 研究结果可为黑色系珍珠其颜色形成属性的鉴定、 判断提供理论与技术支撑。
海水养殖黑色珍珠 紫外-可见吸收光谱 分类 光致发光光谱 辐照 Seawater cultured black pearl Ultraviolet-visible reflectance spectra Classify Photoluminescence spectra Irradiation 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2781
1 中国石油大学(北京)油气光学探测技术北京市重点实验室, 北京 102249
2 中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所, 北京 100029
3 中国标准化研究院资源与环境分院, 北京 100191
采用光纤飞秒激光器与光纤耦合型太赫兹光电导天线相结合的方案,设计并研制了光纤型太赫兹时域光谱系统。通过实验研究了激光偏振态对太赫兹时域波形、强度以及光谱特性的影响,通过对飞秒激光偏振态的精确控制与优化,消除了时域脉冲分裂现象,获得了高信噪比的单脉冲太赫兹时域波形。
探测器 太赫兹时域光谱 激光偏振 光纤型太赫兹时域光谱仪 光电导天线
1 中国计量大学 计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
2 中国计量科学研究院 光学所, 北京 100029
为实现太赫兹辐射特性精准认知, 开展太赫兹辐射功率密度测量研究.通过光学频率梳产生太赫兹频率梳, 利用太赫兹频率梳实现太赫兹辐射源空间辐射功率密度测量.本文利用电光采样和光电导探测两种方式, 实现了100 GHz辐射源空间辐射功率密度测量; 将100 GHz辐射总功率溯源到标准太赫兹功率计, 实现太赫兹辐射功率密度绝对测量.分析比较了利用800 nm空间光进行电光采样和利用1550 nm光纤激光进行光电导探测的测量结果.在不同距离下, 对太赫兹辐射源的空间辐射功率密度进行了测量和量值溯源, 实验揭示了太赫兹辐射传输的空间演化特性.
太赫兹计量 光学标准与测试 太赫兹辐射度 terahertz metrology optical standards and testing terahertz radiometry 红外与毫米波学报
2019, 38(2): 02254
1 中国石油大学(北京)油气光学探测技术北京市重点实验室, 北京 102249
2 中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所, 北京 100029
采用频率梳方法测量太赫兹频率时, 其测量精度取决于重复频率的锁定精度和拍频信号的测量精度。拍频信号频率由频率计数器测量得到, 对信号的信噪比(SNR)和信号强度均有要求, 且SNR越高频率测量精度越高。因此, 拍频信号的探测和SNR的提高是太赫兹频率测量中最关键的环节。系统地研究了影响拍频信号信噪比的主要因素, 包括拍频产生方法、信号放大方案、拍频频率以及被测光源功率对拍频SNR的影响。通过全面的系统优化, 在实验上获得了SNR优于60 dB的拍频信号, 为太赫兹频率的高精度测量奠定了良好的基础。
测量 太赫兹辐射 拍频信号 频率梳 信噪比
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所, 北京 100029
提出了一种基于飞秒光纤激光器的光频率梳设计与研制技术。设计与研制出脉冲宽度为55 fs、频率为210 MHz的色散管理孤子锁模掺铒光纤激光器, 并优化设计了啁啾脉冲光纤放大链路; 由负色散高非线性光纤产生了频率范围为1080~2320 nm的倍频程超连续谱, 经f-2f(f为频率)自差拍检测出信噪比达32 dB的载波包络偏移频率; 通过将重复频率的4次谐波和载波包络偏移频率锁定到商用铷原子钟, 实现了对光频率梳的高精度锁定。测量结果表明, 1 s计数门控时间下的重复频率和偏移频率标准偏差分别为0.65 mHz和1.76 mHz, 100 s采样时间下的Allan偏差分别为1.74×10-13和1.80×10-11。这种光纤光梳可望满足光频计量、光梳光谱、时频传递和微波产生等领域的应用需求。
激光器 光学频率梳 光纤激光器 锁模激光 重复频率 载波包络偏移频率
中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所， 北京 100029
太赫兹技术的重要应用急需准确的太赫兹辐射功率计量作为支撑和保障，国际计量局组织开展了国际首次太赫兹辐射功率测量比对。为实现太赫兹辐射功率准确测量，保障我国太赫兹功率计量取得国际等效互认，报导了全吸收型太赫兹辐射功率计，对太赫兹辐射功率计的计量性能和测量不确定度进行详细分析和实验测试。利用一种具有镜反射的太赫兹辐射计，对全吸收型太赫兹辐射计的计量性能进行实验验证，保障了太赫兹辐射功率计响应度量值的准确性和不确定度分析的合理性。利用自主研制的太赫兹辐射计参加国际首次太赫兹功率比对，取得了国际等效一致。
测量 辐射计量 远红外和太赫兹 光学标准与测试 太赫兹光谱学
