刘梦媛 1,2,3,*齐瑶瑶 1,2,3白振旭 1,2,3张雨 1,2,3[ ... ]吕志伟 1,2,3
1 河北工业大学先进激光技术研究中心, 天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室, 天津 300401
3 天津市电子材料与器件重点实验室, 天津 300401
随着超大容量光通信的发展，密集波分复用技术被广泛采用。该技术需要稳定的高重复频率超快脉冲序列作为信号源，若采用多个单一波长输出的锁模激光器作为激光光源，系统的成本和复杂性将显著提高；而双波长锁模激光器因具有双波长输出、脉冲持续时间短、光束质量好和可调谐范围宽等优点，可有效满足超大容量光通信所需信号源的要求。此外，该光源在光谱学、微波产生等领域也均有应用。双波长锁模光纤激光器可利用双谐振腔结构、二维材料的高非线性以及腔内滤波效应等设计实现，其中腔内滤波效应可通过在激光谐振腔内插滤波器件、多模干涉和非线性效应如非线性偏振旋转三种方式引入。目前双波长锁模光纤激光器的输出波长主要在1 μm和1.5 μm波段的光谱区域，输出功率为mW量级，未来将向实现输出中红外或更长工作波段以及瓦级输出功率方向发展。
激光技术 光纤激光器 锁模 双波长 laser techniques fiber laser mode locking dual-wavelength
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
3 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司，湖北 武汉 430223
涡旋光由于携带轨道角动量信息，在天文学、光学操控、显微成像、传感、量子科学和光通信等领域有着广泛的应用前景。特别地，针对可见光波段涡旋激光，在水下通信领域，涡旋光束可以显著提高通信容量。此外，在可见激光高分辨成像领域，涡旋光束可大幅度提高成像分辨率。目前，可见光波段涡旋光主要通过无源法和有源法产生。相比腔外转换的无源法，有源法在转换效率、光束质量（模式纯度）以及功率提升方面均具有显著优势。该综述重点阐述激光腔内直接产生可见光波段涡旋光的产生技术，具体包括离轴泵浦法、环形泵浦法、腔内球差法等技术手段。综述了可见光波段涡旋固态激光的腔内产生技术，分别从基于非线性频率变换的可见光涡旋激光产生技术、基于分立元器件的LD直接泵浦可见光全固态涡旋激光产生技术、基于光纤介质的LD直接泵浦可见光全固态涡旋激光产生技术方面进行介绍。最后对其未来发展进行分析和展望。
可见光 涡旋光 有源法 固体激光 visible light vortex laser active method solid-state laser 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230424
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
为了减弱激光二极管端面泵浦固体激光器热效应的影响，提高激光谐振腔稳定性及改善激光器的输出特性，以激光二极管端面泵浦Er:Yb:glass/Co:MALO晶体为研究对象，采用有限元分析方法，并根据热传导理论对其进行多物理场耦合热效应分析，系统分析了非键合和键合晶体、泵浦中心波长、功率以及束腰半径对激光晶体的温度场、热应力场以及形变量的影响。结果表明：键合晶体中Co:MALO晶体不仅起到了被动调Q的作用，还起到了热沉的效果，可以有效改善晶体内部的温度分布、热应力和形变量。中心波长为940 nm的泵浦对晶体的穿透性远高于976 nm，采用940 nm的泵浦可以改善晶体的最高温度，但976 nm泵浦结构是扩散键合较安全的结构。由于增大泵浦功率会导致晶体单位面积功率密度分布的增加，热效应也会加剧，泵浦功率增大100 mW对应温度增加9 K，热应力增加1.5 MPa，热形变增加0.5 μm。减小泵浦光束半径也会导致热效应的增加，但影响相较于功率不明显。理论分析结果可为激光二极管端面泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃1.5 μm固体激光器减小热效应的合理优化设计提供数据理论支持。
LD端面泵浦 Er:Yb:glass/Co:MALO 调Q激光器 热效应 热应力 LD end-pumped Er:Yb:glass/Co:MALO Q-switched laser thermal effect thermal stress 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230349
光学 精密工程
2023, 31(15): 2295
安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601
通过选区激光熔化技术制备316L不锈钢样件，利用扫描电子显微镜和光学显微镜分析了试样的微观组织，研究了激光功率和线能量密度（LED）对成形试样上表面形貌的影响，并以激光功率、扫描速度为输入，基于遗传算法优化反向传播（GA-BP）神经网络对成形样件上表面的粗糙度进行预测。实验结果表明，LED对试样表面形貌和成形缺陷的影响较大，当LED为240 J/m时，熔道平整且连续，GA-BP神经网络预测模型的平均绝对百分误差为6.34%。
激光光学 选区激光熔化 表面形貌 神经网络 遗传算法 表面粗糙度 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0714011
郑州大学化学学院 绿色催化中心, 河南 郑州450001
设计合成了一种新型聚集诱导发光分子三苯乙烯炔金-三苯基膦(1)。1溶解在DMSO中几乎无荧光, 在固体状态下具有明亮的蓝色荧光, 表现出典型的聚集诱导发光性能。研究表明, 其聚集诱导发光特性来自于限制分子内旋转机理。1在水溶液中表现出对Hg2+的荧光猝灭响应, 并表现出良好的选择性和抗干扰能力。
聚集诱导发光 金配合物 汞离子检测 aggregation-induced emission gold complex Hg2+ detection
华东交通大学机电与车辆工程学院, 水果智能光电检测技术与 装备国家地方联合工程研究中心, 江西 南昌 330013
糖度和硬度作为水蜜桃的两个重要指标, 决定其内部品质。 在运输或售卖期间, 水蜜桃果内水分流失, 表面开始松软进而腐烂, 内部品质发生变化。 研究旨在探讨可见/近红外光谱预测水蜜桃不同贮藏期糖度和硬度的可行性, 进一步预测水蜜桃的最佳贮藏期。 采用漫透射和漫反射方式采集4个贮藏阶段的水蜜桃光谱, 并测量糖度和硬度。 分析了4个阶段水蜜桃的平均光谱, 光谱强度随着贮藏天数增加而不断提高, 且在650~680 nm区域内受果皮颜色及色素的变化产生波峰偏移。 同时, 分析了糖度和硬度的变化, 糖度在贮藏期间逐渐提高, 硬度在贮藏期间快速下降, 最终糖度增加了3.31%, 硬度下降了58.8%。 采用多元散射校正、 S-G卷积平滑、 归一化处理及基线校正等预处理方法来减少噪声和误差对光谱的影响, 并使用无信息变量消除(UVE)和连续投影算法(SPA)筛选特征波长, 最后利用偏最小二乘回归(PLS)分别建立糖度和硬度的预测模型。 分析糖度、 硬度的PLS回归系数与平均光谱的波形发现, 糖度的高回归系数分布在光谱多处, 而硬度的该系数均在波峰波谷附近。 SPA和UVE筛选的特征波长建立的糖度模型效果不佳, 而硬度模型效果良好。 结果表明, 漫透射和漫反射检测方式下, 糖度的最佳预测相关系数(Rp)及预测均方根误差(RMSEP)分别为0. 886, 0.727和0.820, 1.003, 预处理方法分别是多元散射校正、 平滑窗口宽度为3的S-G卷积平滑。 此外, 漫透射建立的硬度SPA-PLS模型, 选用15个光谱变量, 得到的Rp和RMSEP为0.798和0.976; 而漫反射建立的UVE-PLS模型, 选用113个光谱变量, 得到的Rp和RMSEP为0.841和0.829。 可以看出, 漫透射方式预测水蜜桃贮藏期间的糖度更佳, 而漫反射预测硬度更佳。 利用可见/近红外光谱所建立的糖度和硬度预测模型, 能够可靠地预测水蜜桃贮藏期内糖度和硬度的变化, 对指导采摘、 售卖时间和减少腐烂具有一定的参考价值。
可见/近红外光谱 水蜜桃贮藏 糖度和硬度 偏最小二乘回归 Visible/Near infrared spectroscopy Storage of peach Soluble solid content and firmness Partial least squares regression
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering, SERS)是一种高效快速的物质检测方法。其检测灵敏度高, 有效地克服了常规拉曼散射信号弱难以得到推广应用的问题。研究SERS基底的结构及特性有助于理解增强机理, 同时也为制备高性能的SERS基底奠定基础。本文以旋涂自组装的聚苯乙烯(PS)胶体球为基本结构, 采用离子溅射镀膜的方式制备了Au@PS阵列结构的SERS基底。通过调整膜层厚度实现对球结构大小及间隙的调控, 进而研究该种SERS基底在不同膜层厚度下的增强性能及表面形貌特征。扫描电镜图显示, 当膜层厚度为50nm时, 膜层外表面形成了明显的金颗粒; 以罗丹明6G为探针分子, 对制备的SERS基底进行拉曼表征, 结果表明, 膜层厚度50nm的SERS基底增强效果最强, 对R6G溶液的检测极限达到了10-9mol/L; 另外, 采用FDTD软件对制备的SERS基底进行了电磁场仿真, 仿真发现, 强电磁场分布在球体间隙及金颗粒附近, 同时发现, 膜层厚度为50nm的模型电磁场强度最强, 该结果与拉曼表征实验的结果一致。
表面增强拉曼散射 胶体球自组装 拉曼表征 FDTD仿真 Surface-enhanced Raman scattering Microsphere self-assembly Raman characterization FDTD simulation
华东交通大学机电与车辆工程学院, 光机电技术及应用研究所, 江西 南昌 330013
油茶产业具有良好的经济和生态效益, 深受国家重视。 目前, 炭疽病侵害油茶树日益加重, 严重地降低了产量, 导致油茶产业的效益直接受损。 所以找到一种快速、 准确、 方便的油茶炭疽病检测方法是非常必要的。 激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种低成本、 微损伤、 无残留的技术, 能够对多种成分快速实时检测。 采用LIBS结合化学计量学方法对油茶炭疽病的定性检测方法进行研究。 实验样品采摘于油茶种植区, 分别采集了100片健康油茶叶片和100片感染炭疽病的油茶叶片。 将采集的叶片进行微处理, 即首先进行反复冲洗去除叶片表面污渍, 然后进行分类、 装袋和标号, 最后进行LIBS光谱采集实验。 实验设备为海洋光学的MX2500+, LIBS实验参数设置为激光能量50 mJ, 最优延迟时间2 μs, 每个叶片采集6条光谱数据, 并求其平均。 在油茶叶片LIBS光谱的波长251.432 nm处观察到Si的特征峰、 分别在252.285, 259.837和385.991 nm处观察到Fe的特征峰、 分别在260.568, 279.482和280.108 nm处观察到Mn的特征峰。 实验结果: 油茶叶片中的微量元素Si, Fe, Mn的LIBS信号与油茶叶片的健康程度有直接关系, 健康油茶叶片中Si, Fe和Mn的特征峰强度明显高于感染炭疽病的油茶叶片中Si, Fe和Mn的特征峰强度; 此外, 利用LIBS技术结合MSC光谱预处理和PCA分类法, 对油茶叶片的健康和感染炭疽病的两个状态进行分类处理。 PC1, PC2和PC3的贡献率分别为80%, 12%和6%, 建立三维模型分类, 可以清晰地将油茶叶片的两种状态区分出来。 同时, 还利用PLS-DA建立模型, 模型的识别率高达90%以上, 可以对油茶叶片两种类别进行较好的分类。 以上两种化学计量方法都可以区分油茶叶片的健康和染病两种状态。 研究表明了利用LIBS技术检测油茶炭疽病是可行的。 可以利用LIBS技术对油茶叶片的微量元素和营养元素进行定量检测, 为定量检测提供了参考。 提出了一种快速检测油茶炭疽病的新方法。
激光诱导击穿光谱技术 油茶炭疽病 微量元素 多元散射校正 主成分分析 Laser-induced breakdown spectroscopy Anthracnose of camellia oleifera Microelements Multiplicative scatter correction Principal component analysis 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2815
1 中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室, 广东省海洋遥感重点实验室, 广东 广州 510301
2 南方海洋科学与工程广东省实验室, 广东 广州 511458
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院海南热带海洋生物重点实验站, 海南 三亚 572000
海底光谱反射率是光学浅水中太阳辐射传输的重要组成部分, 影响着海水表面离水辐亮度的光谱特性, 因此底质光谱信息的准确获取对于浅海遥感工作的开展至关重要。 专门设计了一套海底光谱反射率测量系统填补了国际上在这方面的空白。 采用可自由伸缩并旋转角度的参考白板贴近目标物测量, 以消除探头到目标物之间水体吸收衰减的影响, 双光路采集系统同步测量的设计避免了水下光场迅速变化对辐射测量的影响。 于2018年9月3日—8日, 用该系统在三亚珊瑚礁保护区进行原位海底反射率测量试验, 测量对象包括珊瑚、 海草、 泥沙、 沙滩等多种底质。 各底质类型之间具有光谱可分性, 具体表现为, 在波长大于580 nm的长波段, 浅海沙子底质与岸上沙滩光谱反射率特征差异明显, 表明相对于空气中, 水体和水中微藻介质的吸收散射作用严重影响着水下光谱辐射的测量, 证实了空气中测量的目标光谱不可替代水中的结果。 珊瑚和水草的光谱反射率特征主要区别在于海草反射率光谱在540～600 nm波段有一个宽反射峰, 而珊瑚的典型特征是在575, 600和650 nm附近有三个特征反射峰。 此外, 珊瑚、 沙子和沙滩三种碳酸盐质底质在395, 430, 490和520 nm存在反射峰, 485和585 nm处有一个小吸收峰, 而海草则相反, 在395, 430, 490和520 nm存在吸收峰, 485和585 nm处显示反射峰。 以上数据为将来利用底质反射率提取底栖物质组成信息奠定了基础, 同时其结果也能够证实系统的可靠性和有效性。
光学浅水遥感 底质反射率 光谱可分性 底质分类 高光谱 Optically shallow water remote sensing Bottom reflectance Spectral separability Substrate classification Hyperspectral
