构建了一种激光二极管(LD)侧面单向泵浦激光模块的理论模型。综合光线追迹和有限元仿真方法,推导了该模型下泵浦效率及晶体内光场分布均匀性的计算公式,数值分析了LD切向位移量、径向角度偏离度及晶体吸收系数等因素对泵浦效率和光场分布均匀性的影响。研究结果表明: 随着吸收系数的增加,光场分布的均匀性呈现逐渐下降趋势; 通过优化LD切向位移量和径向角度偏离量,仿真获得了高达93%的泵浦效率。研究成果对高功率LD侧面单向泵浦激光模块的优化设计和实验研究具有一定的参考价值。
光线追迹 有限元法 光场分布 泵浦效率 ray tracing finite element method light field distribution pump efficiency
报道了一种基于非线性放大环镜和二硒化钼可饱和吸收体的混合锁模光纤激光器。该激光器采用双环形结构, 以铥钬共掺光纤作为增益光纤。通过优化泵浦功率和偏振态, 实验获得了调Q锁模脉冲、单脉冲、2~5多脉冲、脉冲束及脉冲束的2~4次谐波等5种输出状态。相比于单一锁模方式, 混合锁模方式不但能使激光器实现自启动锁模, 而且还能丰富其脉冲动力学状态。
非线性放大环镜 二硒化钼 多周期脉冲 混合锁模 光纤激光器 nonlinear amplifying loop mirror molybdenum diselenide multi-period pulse hybrid mode-locking fiber laser
1 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆 400065
2 北京农业智能装备技术研究中心, 北京 100097
农药在农作物病虫害及农作物高产稳产等方面起到了相当重要的作用, 但是农药的长期大量使用, 对生态和人类健康造成了极大的危害。 根据相关文献查阅, 基于免疫传感器和激光诱导击穿光谱的分析方法对农药残留的检测未见相关报道。 提出了激光诱导击穿光谱对免疫传感器捕获待测目标物的探针进行检测, 从而间接计算出待测目标物的浓度。 使用免疫层析试纸条对痕量农药进行检测, 虽然免疫层析试纸条可以实现对痕量农药的测量, 但是仅能定性且检测的范围很窄, 为了拓宽免疫层析试纸条对痕量农药的测量范围, 运用激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy, LIBS)对免疫层析试纸条上捕获痕量农药的金属纳米颗粒进行光谱测量, 构建免疫层析试纸条与LIBS的检测方法。 以毒死蜱农药为研究对象, 因农药残留属于小分子抗原检测, 所以免疫层析试纸条运用竞争法对毒死蜱进行检测。 滴加了低浓度毒死蜱的免疫层析试纸条上控制线和检测线的颜色差异不明显, 难以用人眼分辨出是否检测到了毒死蜱。 对添加了毒死蜱的免疫层析试纸条的控制线和检测线分别选取点, 测量Au Ⅰ 242.733 nm处的光谱, 用控制线的平均光谱强度减去检测线的平均光谱强度即为毒死蜱的信号, 此方法可以检测出免疫层析试纸条观察不到的信号, 还规避了LIBS检测限高的问题。 随着毒死蜱浓度从0增加到106 ng·mL-1, LIBS光谱数据差值逐渐增大。 为了消除随机误差的影响, 使用△LIBS强度(测量样品强度减去空白样品强度)与毒死蜱浓度取Lg绘制校准曲线。 △LIBS强度与毒死蜱浓度在10~106 ng·mL-1范围内呈线性相关, Y=6.14X+31.85, R2=0.969, 毒死蜱的检测限为0.39 ng·mL-1。 研究表明, 免疫层析试纸条与LIBS结合实现了对痕量农药的测量, 能有效的扩宽毒死蜱的检测范围。 同时, 免疫层析试纸条与LIBS的结合对其他物质的检测也值得进一步研究。
免疫层析试纸条 激光诱导击穿光谱 农药检测 Immunochromatographic test strip Laser-induced breakdown spectroscopy Pesticide detection 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2275
重庆邮电大学光电工程学院, 光电信息感测与传输技术重庆重点实验室, 重庆 400065
化学需氧量(COD)是反映水体受有机物污染程度的重要指标。 紫外吸收光谱法是目前水体COD检测研究中应用最为广泛的方法, 具有样品无需预处理, 成本低, 无污染, 测定速度快等优点。 但是, 原始光谱数据维数高, 光谱信息中包含大量冗余变量, 直接将全光谱数据进行建模存在精度低, 计算复杂等问题。 针对紫外吸收光谱全光谱建模精度低, 光谱数据存在大量共线性的问题, 提出了一种基于粒子群算法(PSO)结合偏最小二乘(PLS)优选特征波长建立预测模型的方法, 以提高紫外吸收光谱预测模型的精度和适用性, 简化模型。 利用搭建的紫外吸收光谱装置, 采集29份不同浓度的COD标准溶液的紫外光谱数据, 每份标准溶液采集5次取平均值并对其进行平滑处理, 减少仪器和环境带来的误差。 考虑到标准溶液在200~310 nm的光谱范围内存在吸收, 故选取该波段范围内246个波长点作为建模数据, 每个波长点下的吸光度数据作为一个粒子并按照顺序编号, 以PLS为建模方法, 相关系数r和均方根误差(RMSE)为评价指标, 设置粒子群算法适应度函数f(x)=min(RMSE), 取粒子初始种群数为20个, 惯性权重w=0.6, 自我学习因子c1=1.6, 群体学习因子c2=1.6, 最大迭代次数为200次, 算法终止条件为达到最大迭代次数。 算法输出全局最优变量取值为168, 94, 181, 183, 175, 209, 106和142。 采用粒子群算法优选的8个波长点建立PLS预测模型的相关系数r和预测均方根误差RMSE分别为0.999 98和0.155 1。 为了验证PSO-PLS建立的预测模型效果, 建立了PLS, iPLS和SVR三种预测模型进行对比。 验证结果表明, PSO-PLS模型的相关系数r和均方根误差RMSE均优于其他三种预测模型, 说明粒子群算法能有效的提取用于PLS建模的特征波长, 消除子区间变量的共线性, 提高预测模型的精度。 该方法为实现水体COD实时在线监测提供了一种有效途径。
粒子群算法 紫外吸收光谱 COD测量 PLS回归 Particle swarm optimization UV absorption spectroscopy COD measurement PLS regression
溶液阴极辉光放电-原子发射光谱法是近年来兴起的一种新型水体金属离子检测技术, 它具有快速, 在线和低成本检测的显著特点。 以工业注射泵实现溶液阴极辉光放电激发源的流动注射进样, 再以窄带滤光片分别提取Na, K, Ca, Li, Sr和Cs金属元素发射光谱信号, 最后由光电倍增管和皮安表接收光谱信息光谱信号, 实现了水质金属元素的检测。 实验分析了注射容量分别为100和166 μL对1 mg·L-1的Na元素产生的信号强度的影响, 研究发现其信号强度的相对标准偏差(RSD)分别为4.64%和1.95%, 说明两种注射量稳定性都较好。 为了获得更好的分析性能, 实验分析了直流放电电压, 狭缝的宽度以及光电倍增管供压等参数对信号强度的影响。 实验结果表明, 在直流放电电压为1 000 V, 狭缝宽度为70 μm和光电倍增管供压为-800 V时获得了较高的信背比。 采用此装置在流动注射模式下, 测得了Na, K, Ca, Li, Sr和Cs六种金属元素检出限, 分别为2.78, 4.23, 589, 9.45, 981和83.6 μg·L-1。 实验最后对混合溶液标定物质中的Na和K元素进行了定量分析测量, 测量的误差分别为7.5%和6.67%, 精密度分别为1.24%和0.89%, 研究结果表明基于滤光片提取光谱的流动注射分析-溶液阴极辉光放电-原子发射光谱方法具有较高的检测准确度。
溶液阴极辉光放电 滤光片 流动注射分析 检出限 Solution cathode glow discharge Filter wheel Flow injection analysis Limit of detection
重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆高校光通信技术重点实验室, 重庆 400065
利用非线性放大环镜作为人工可饱和吸收体, 在铥钬共掺光纤激光器中研究了多孤子脉冲现象.在同一泵浦功率不同偏振状态下, 实验不仅获得了稳定的单个孤子脉冲, 还观察到由单个孤子脉冲演化为2至4个孤子的锁模脉冲现象; 在保偏光运行条件下增加泵浦功率, 获得了孤子能量量化的演化过程.所得结果主要源于腔内弱的双折射效应等效的滤波器具有限制增益带宽和诱导多脉冲产生的作用.而调节偏振控制器对腔内增益的改变, 是不同类型多脉冲现象出现的主要原因.研究结果对2 μm波段非线性放大环镜光纤激光器多孤子锁模脉冲动力学特性的研究具有一定参考价值.
非线性放大环镜 锁模 光纤激光 铥钬共掺 多孤子脉冲 Nonlinear amplifying loop mirror Mode-locked Fiber laser Tm/Ho-codoped Multi-soliton pulses
1 中国科学院光电研究院， 北京 100080
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
3 北京国科世纪激光技术有限公司， 北京 100192
为了获得高能量、高效率的钕玻璃前置放大器，设计了一套钕玻璃再生放大系统。通过调节单程增益和优化腔模设计，使得增益介质中的小尺度自聚焦效应得到有效控制。在重复频率1 Hz运行下，获得最大输出能量21 mJ、脉冲宽度2.65 ns的激光输出，相应的光光转换效率为5%，总增益达108，光束质量因子M2=1.5，脉冲能量稳定性均方根(RMS)值小于2%(超过2 h连续工作)，光谱的中心波长为1052.92 nm。
激光器 掺钕磷酸盐玻璃 再生放大器 小尺度自聚焦效应 光光转换效率
1 中国科学院光电研究院， 北京 100094
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
3 北京国科世纪激光技术有限公司， 北京 100192
设计了一种脉冲激光二极管抽运的低重复频率全固态腔倒空激光器，为了尽可能减小损耗的影响，在腔内采用双薄膜偏振片结构，使反射率较高的垂直方向线偏振光在腔内振荡。以此装置为基础，就泡克耳斯盒驱动电源较长的下降沿时间对全固态腔倒空激光器输出特性的影响进行了实验研究。结果表明当泡克耳斯盒驱动电源的下降沿时间远大于腔内的一次往返时间时，激光器输出特性会发生明显地变化：增大电流强度会导致脉冲宽度增大，脉冲能量经历先增大后减少的过程；增大泡克耳斯盒驱动电源的开门时间，也会导致脉冲宽度和能量发生类似的变化。
激光器 KD*P泡克耳斯盒 长下降沿时间 脉冲抽运 全固态腔倒空激光器 稳健性 中国激光
2012, 39(s1): s102006
1 中国科学院光电研究院， 北京 100094
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
3 北京国科世纪激光技术有限公司， 北京 100192
报道了一种具有高脉冲稳定性的100 kHz皮秒脉冲再生放大装置。该放大装置采用激光二极管(LD)端面抽运的Nd:YVO4晶体作为增益介质，RTP晶体作为电光晶体。再生腔的腔型为对称W型，总长1.8 m。分析了皮秒脉冲在再生放大腔中往返次数和再生腔损耗对放大脉冲倍周期分叉现象以及稳定放大时输出功率的影响。抽运功率为30 W时，通过选取最优的往返次数获得了功率为5.3 W的高脉冲稳定性的再生输出，脉冲稳定性均方根(RMS)值小于2%。放大后皮秒脉冲脉宽为13.78 ps，脉冲峰值功率3.84 MW，再生腔输出的光束质量因子M2≤1.5。
激光技术 再生放大 皮秒脉冲 倍周期分叉现象
