1 山东大学光学高等研究中心, 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
2 山东大学信息科学与工程学院, 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
太赫兹参量源是一种激光驱动的太赫兹辐射源, 它具有高相干性、可调谐、室温运转等优点。在简要介绍太赫兹参量源的基本原理后, 重点总结了近年来国内外对太赫兹参量源的代表性研究成果, 主要包括: 1) 太赫兹参量源中常用的几种非线性晶体, 包括铌酸锂、磷酸钛氧钾、砷酸钛氧钾、磷酸钛氧铷; 2) 大单脉冲能量太赫兹参量源, 主要产生方法包括使用垂直表面出射结构、使用环形腔、增加非线性晶体损伤阈值等, 目前报道的最大单脉冲能量达到 17 μJ; 3) 高平均功率太赫兹参量源, 主要产生方法包括使用半导体激光器侧面泵浦激光器、兼顾提高泵浦光脉冲能量和脉冲重复频率等, 目前报道的最大平均功率为 367 μW; 4) 太赫兹参量源的理论模拟, 主要包括以耦合波方程为基础的, 分别针对太赫兹参量产生器、种子注入式太赫兹参量产生器、内腔泵浦与外腔泵浦太赫兹参量振荡器建立的理论模型。
非线性光学 受激电磁耦子散射 太赫兹参量源 非线性晶体 耦合波方程 nonlinear optics stimulated polariton scattering terahertz parametric source nonlinear crystal coupled wave equations
1 山东大学 信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室，山东 青岛 266237
3 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室，山东 青岛 266237
双马赫-曾德(M-Z)干涉仪系统因其光路简单、灵敏度高、频率响应宽等独特优势受到了广泛的关注及应用，但由于其非常容易受到外界环境噪声的影响，直接采取互相关计算方法获取扰动信号位置会导致较大的测量误差。本文提出了一种基于希尔伯特-黄变换(HHT)的数据信号处理方案用于实现高精度的分布式光纤振动定位检测。通过对接收到的两路光信号进行经验模态分解得到本征模函数，并对所有本征模函数进行希尔伯特变换叠加得到希尔伯特谱，从而可以清晰直观地提取到由振动信号引起的高相似度光信号信息，再通过互相关计算由振动信号引起的时间延迟，从而准确计算振动位置信息。相比于传统的直接互相关计算方法，本方法可以有效识别及提取双M-Z干涉仪系统中振动信号引起的特征信息，从而可以有效降低外界环境噪声对系统的影响，减小定位误差。本文对所提出的方法进行了相关理论分析，并搭建了双M-Z干涉仪系统进行相关实验验证。实验结果表明，与传统直接互相关方法相比，本方法可以有效减少互相关数据的计算量，同时该方法可以有效提高振动位置的定位精度，在2 km的传感光纤长度、10 MHz采样率下，定位精度可达10 m。本文提出的基于双马赫-曾德干涉仪系统的分布式光纤传感技术具有较高的实际应用价值。
光纤传感 希尔伯特-黄变换 双马赫-曾德干涉仪 定位方法 端点检测 optical fiber sensing Hilbert-Huang transform dual Mach-Zehnder interferometer positioning method endpoint detection
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
3 山东大学激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
采用了一种基于全变分(TV)算法的信号处理方法,用于相敏光学时域反射(φ-OTDR)系统中消除时域噪声和提高信噪比(SNR)。通过将瑞利散射曲线转换成二维灰度图像,获取了瑞利散射曲线的强度和位置信息。TV算法通过梯度下降方法可以有效地平滑时域噪声并提取有用信息。实验结果表明,在长度为3.5 km的传感光纤上,采用TV算法可以有效地实现300 Hz振动信号的分布式测量,振动位置的SNR可以达到10.13 dB。在此基础上,进一步验证了TV算法对宽带振动信号的检测能力,成功实现了频率范围为300 Hz~1 kHz的宽带扰动信号识别。表明了TV算法在φ-OTDR系统中可以有效地提取振动信息。
光纤传感 相敏光时域反射 全变分算法 去噪算法 信噪比 光学学报
2021, 41(17): 1706001
山东大学信息科学与工程学院,山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
将KTiOAsO4(KTA)Stokes参量振荡器置于LD侧面泵浦的1064 nm调Q Nd 3+∶YAG谐振腔内,通过KTA晶体的非共线受激电磁耦子散射获得在1078.20~1088.20 nm范围内不连续调谐的Stokes激光。该Stokes激光又作为共线拉曼激光器的泵浦源在同一块KTA晶体中实现了受激拉曼散射,通过设计Stokes谐振腔的输出镜透过率,选择对一阶拉曼光进行输出,其在1106.08~1116.62 nm范围内不连续调谐。当LD泵浦功率为94.20 W,重复频率为5 kHz时,在1116.34 nm处得到了最大功率为1.62 W的拉曼激光输出。
激光光学 受激电磁耦子散射 受激拉曼散射 可调谐激光器 KTiOAsO4晶体
1 山东大学信息科学与工程学院山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛266237
2 山东省科学院激光研究所, 山东 济南250014
3 山东大学晶体材料国家重点实验室, 山东 济南250100
使用磷酸钛氧钾(KTiOPO4,KTP)晶体,采用斯托克斯参量振荡器与太赫兹波表面垂直出射的斯托克斯参量放大器相结合的实验方案,获得了大能量的太赫兹波输出。抽运源是调Q脉冲激光器,输出波长为1064.2 nm,脉宽为7.5 ns,脉冲重复频率为1 Hz。斯托克斯光波长为1086.2 nm,抽运光与斯托克斯光的夹角为4.4°,太赫兹波频率为5.7 THz。抽运光路上的延时装置可以保证抽运光脉冲与待放大斯托克斯光脉冲有很好的时间重合性。当抽运光脉冲能量为770 mJ、待放大斯托克斯光脉冲能量为16.8 mJ时,放大后斯托克斯光脉冲能量为185.4 mJ,太赫兹波脉冲能量最大为6.4 μJ。
太赫兹技术 太赫兹波 受激电磁耦子散射 磷酸钛氧钾晶体
1 山东大学信息科学与工程学院山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 济南 250100
2 山东大学晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
报道了一种基于环形腔结构的种子注入式太赫兹参量振荡器的运转特性, 非线性晶体为MgO∶LiNbO3, 太赫兹波采用垂直表面耦合的输出方式, 斯托克斯环形腔由3个腔镜和MgO∶LiNbO3晶体的全反射面构成。抽运源为调Q脉冲激光器, 其输出波长为1064.2 nm, 脉冲宽度为7.5 ns。当抽运脉冲能量为105.5 mJ、斯托克斯光输出镜的透过率为20.1%时, 获得的太赫兹波脉冲能量使得示波器的输出电压为3.3 V, 对应的斯托克斯光脉冲能量为16.1 mJ, 抽运脉冲能量阈值约为10 mJ。在相同的抽运条件下, 将基于环形腔结构的种子注入式太赫兹参量振荡器、种子注入式太赫兹参量产生器与环形腔结构的无种子注入式太赫兹参量振荡器的输出能量和抽运脉冲能量阈值进行比较。结果表明, 基于环形腔结构的种子注入式太赫兹参量振荡器具有较高的输出能量及较低的抽运脉冲能量阈值, 当抽运脉冲能量较小时, 其在输出能量方面的优势更明显。
非线性光学 参量过程 固体激光器 太赫兹 中国激光
2017, 44(10): 1014001
