Lihua Ruan 1,4Zhiqin Yin 1,2,3,4Shibing Zhou 1,4Weibo Zheng 1,4,*[ ... ]Shaowei Wang 1,2,3,4,**
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences Shanghai 200083, P. R. China
2 State Key Laboratory of Infrared Physics, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, P. R. China
3 Shanghai Engineering Research Center of Energy-Saving Coatings Shanghai 200083, P. R. China
4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P. R. China
5 Shanghai Tech University, Shanghai 201210, P. R. China
6 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, P. R. China
7 School of Information Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China
Visual near-infrared imaging equipment has broad applications in various fields such as venipuncture, facial injections, and safety verification due to its noncontact, compact, and portable design. Currently, most studies utilize near-infrared single-wavelength for image acquisition of veins. However, many substances in the skin, including water, protein, and melanin can create significant background noise, which hinders accurate detection. In this paper, we developed a dual-wavelength imaging system with phase-locked denoising technology to acquire vein image. The signals in the effective region are compared by using the absorption valley and peak of hemoglobin at 700nm and 940nm, respectively. The phase-locked denoising algorithm is applied to decrease the noise and interference of complex surroundings from the images. The imaging results of the vein are successfully extracted in complex noise environment. It is demonstrated that the denoising effect on hand veins imaging can be improved with 57.3% by using our dual-wavelength phase-locked denoising technology. Consequently, this work proposes a novel approach for venous imaging with dual-wavelengths and phase-locked denoising algorithm to extract venous imaging results in complex noisy environment better.
Dual-wavelength phase-locked denoising vein visualization enhancement Journal of Innovative Optical Health Sciences
2024, 17(3): 2350033
1 北京工业大学 材料与制造学院激光工程研究所，北京 100124
2 跨尺度激光制造技术教育部重点实验室，北京 100124
3 北京市激光技术工程研究中心，北京 100124
4 北京市高等院校先进激光制造工程研究中心，北京 100124
5 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成，两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作，有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜的共同外腔反馈将各个激光器锁定在不同波长， 从而实现合束，获得的激光源中心波长锁定在1061.5 nm和1064.6 nm，两谱线中心间距为3.1 nm，组合光束的输出能量为173 mJ，组合光束的光束质量因子M2为2.8 × 2.2；两个Nd:YAG激光器独立工作的输出能量分别为94 mJ和92 mJ，在合束方向上的光束质量因子M2分别为2.7和2.1，在非合束方向上的光束质量因子M2分别为2.2和1.9；组合光束的输出能量为两个Nd:YAG激光器能量总和的93%，组合光束的光束质量因子与单个Nd:YAG激光束的光束质量因子M2基本相同。该双波长激光源满足波长间隔小、输出功率大小相近、同光轴等要求，在太赫兹波产生、测速激光雷达以及医疗仪器等应用领域具有重要作用。
双波长 Nd:YAG激光器 光谱合束 输出能量 光束质量 dual-wavelength Nd:YAG lasers spectral beam combining output energy beam quality 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230411
1 中国科学院空天信息创新研究院定量遥感信息技术重点实验室，北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
星载Mie散射激光雷达是当前应用最为广泛的获取全球尺度气溶胶剖面信息的探测设备。然而，大气气溶胶类型多样，通常假定气溶胶遵循特定模式并以此为先验，从而实现从激光雷达信号反演气溶胶消光系数廓线，但这一定程度上会影响反演精度的进一步提升。鉴于此，提出了一种基于星载激光雷达双通道信息的气溶胶消光系数廓线的迭代反演优化算法。该方法首先在给定的先验气溶胶模式下获得初始消光-后向散射比（即激光雷达比），并基于此分别反演两个通道的气溶胶消光系数和光学厚度。同时借助构建的气溶胶光学厚度与气溶胶质量柱总量之间的关系，得到两通道独立估计的大气气溶胶质量柱总量。最后以两通道大气气溶胶质量柱总量相同为约束，实现仅依赖激光雷达数据的激光雷达比及气溶胶相关光学参数的迭代优化。由于双通道激光雷达观测的限制，该方法适用于两种类型气溶胶混合下的反演，利用内蒙古包头地区的多年气溶胶背景场，对反演模型的精度和适用性进行了评估。与采用经验估算激光雷达比的Fernald方法反演结果相比，所提算法反演的气溶胶消光系数廓线在532 nm和1064 nm通道的平均精度分别提高了21.16%和3.00%。此外，还将该方法应用在CALIOP数据中，进一步验证了该反演模型的应用潜力。
Mie散射激光雷达 双通道信息 气溶胶消光系数 激光雷达比 迭代反演 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0501004
1 广东电网有限责任公司电力科学研究院, 广东 广州 510080
2 河南省日立信股份有限公司, 河南 郑州 450001
3 河南省日立信股份有限公司, 河南 郑州 450001郑州大学物理学院, 河南 郑州 450001
1, 1, 1, 3, 4, 4, 4-7氟-3-(3氟甲基)-2-丁酮（C5-PFK）气体因其优良的电气绝缘性能和良好的环保特性受到国内外广泛关注。 制备高精度的C5-PFK混气并实现对其混合比的精准检测, 有利于对C5-PFK混气的科学论证, 最大限度的减少电力隐患。 采用FTIR实验, 结合B3LYP方法进行光谱理论计算, 对C5-PFK气体的红外光谱吸收特性进行了研究; 针对测试环境中可能存在的CO2及微水气体, 在相同的温压及光程条件下进行了谱线交叉干扰分析; 基于非分散性红外线(NDIR)技术对C5-PFK混气混合比传感器进行了仿真测试, 开展了传感器硬件系统的整体设计。 根据传感器的输出特性, 建立了BP神经网络温度补偿模型, 并对传感器的重复性及示值误差进行了测试。 结果表明: C5-PFK气体的强吸收峰位置分别为1 200、 1 262及1 796 cm-1, 分子理论计算与气体实测的红外光谱吻合较好; 合成空气背景下1 262 cm-1位置CO2气体的吸光度为6.04×10-7, 150 nm滤波带宽内微水峰面积影响因子约为3.15×10-3, 谱线交叉干扰可忽略不计, 采用NDIR技术选择1 262 cm-1位置实现混合比检测切实可行; 以量程追踪光程, 传感器仿真测试结果显示6.5 mm光程可实现0~15%的C5-PFK混气混合比的检测。 传感器输出特性显示: 吸收变量SA/SB值随温度的升高而减小, 呈现非线性关系; 10%的C5-PFK/Air混气在BP神经网络算法温度补偿前后最大示值误差分别为29.23%及1.29%, 补偿后输出吸收变量SA/SB值基本保持不变; 传感器重复性测试显示RSD为0.27%, 小于3%; 不同浓度对应的传感器示值的线性拟合系数R2为0.999, 最大示值误差为2.47%。 综上, 验证了该检测方法及其传感器在C5-PFK气体混合比检测范围、 抗干扰能力及可靠性等方面优势, 为C5-PFK混气电气设备混合比检测提供一种可行的解决方案。
1, 1, 1, 3, 4, 4, 4-7氟-3-(3氟甲基)-2-丁酮 红外光谱特性 非分散红外技术 双波长红外差分 仿真测试 传感器输出特性 温度补偿 1, 1, 1, 3, 4, 4, 4-heptafluoro-3-(trifluoromethyl Infrared spectral characteristics NDIR technology Dual wavelength infrared difference Simulation test Sensor output characteristic Temperature compensation 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3794
基于光纤布拉格光栅对（DFBGs）的双波长线形腔光纤激光器利用偏振烧孔效应实现双波长激光稳定输出的研究颇多，但有关3 dB光纤环形镜（FLM）与光纤布拉格光栅（FBG）构成腔镜或仅FBG构成腔镜，以及DFBGs的选择对其激光输出性能［光信噪比（OSNR）、斜率效率及稳定性等］的影响的研究很少。本文实验首先在双波长线形腔掺铒光纤激光器中比较了3 dB FLM与FBG构成腔镜和仅FBG构成腔镜的双波长激光的输出性能，结果表明，仅FBG构成腔镜的输出性能优于3 dB FLM与FBG构成腔镜的输出。其次在仅FBG构成腔镜的线形腔中对低反射率FBG（输出镜）反射率相同与不同时的输出性能进行了对比，研究表明，低反射率FBG的反射率相同时双波长激光输出具有较高的OSNR、斜率效率和稳定性。接着改变构成腔镜的两对FBG的中心波长间隔分别为4、8、12 nm，研究表明，中心波长间隔越大输出越稳定，OSNR越高，但激光器的斜率效率有所降低。最后在室温环境下实现了两个激光波长分别为1550 nm和1562 nm、OSNR分别为50.24 dB和51.19 dB左右、中心波长变化分别小于0.030 nm和0.035 nm、输出功率波动分别小于0.061 mW和0.059 mW、3 dB带宽分别为~0.146 nm和~0.144 nm的稳定输出，该结果为线形腔双波长的更优输出。
光纤布拉格光栅对 偏振烧孔 3 dB光纤环形镜 双波长线形腔掺铒光纤激光器 中心波长间隔 光学学报
2023, 43(23): 2306005
1 天津理工大学 理学院, 天津300384
2 中国电子科技集团公司第十八研究所, 天津 300384
为了对基于喇曼晶体的主要喇曼频移模和次级喇曼频移模的外腔式双波长喇曼激光器进行理论分析, 采用光场的波动方程和喇曼晶体中振动波的阻尼谐振子波方程推导出了描述基频光、喇曼光1和喇曼光2的耦合波方程组, 通过引入归一化参量对耦合波方程组进行了归一化, 并数值分析了输出镜反射率和归一化参量对外腔式双波长喇曼激光器性能的影响。结果表明, 选择对主要频移模反射率小于0.5且对次级频移模反射率大于0.5的输出镜、两个喇曼振动模的增益系数相差不大的喇曼晶体, 适当提高入射基频光的脉冲宽度可以提高次级喇曼频移模的转化效率, 可实现有效双波长运转。所提出的归一化耦合波理论可以作为分析外腔式双波长喇曼激光器的辅助工具。
激光器 双波长喇曼激光器 次级喇曼模 归一化耦合波理论 lasers dual-wavelength Raman laser secondary Raman mode normalized coupled wave theory
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 复旦大学 通信科学与工程系 电磁波信息科学教育部重点实验室，上海 200433
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
3 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
针对全双工水下无线光通信（FD-UWOC）系统中存在的自干扰限制系统通信性能的问题，文章提出了一种双波长收发分离的方法。基于Monte Carlo数值仿真方法，在Jerlov I、Jerlov IB和Jerlov II 3种典型水质下，分析了自干扰对450 nm单波长、525 nm单波长和双波长FD-UWOC系统性能的影响情况。仿真结果表明，水质越差，自干扰越强，并且自干扰的增强会显著降低FD-UWOC的光信噪比（OSNR），进而限制了系统的最远传输距离；采用双波长收发分离方法的FD-UWOC系统相较于单波长FD-UWOC系统能带来约60 dB的OSNR提升，从而可以实现更远的传输距离，其中，在Jerlov II类水质下传输距离提升了80 m，并能在Jerlov I和Jerlov IB类水质下实现大于100 m的有效传输距离。这些结果在FD-UWOC系统设计中具有一定的参考意义。
全双工水下无线光通信 Monte Carlo方法 自干扰 后向散射 双波长 FD-UWOC Monte Carlo method self-interference backscattering dual-wavelength
Author Affiliations
Abstract
School of Artificial Intelligence, Optics and Electronics (iOPEN), Northwestern Polytechnical University, Xi’an, Shaanxi 710072, P. R. China
The miniaturized femtosecond laser in near infrared-II region is the core equipment of three-photon microscopy. In this paper, we design a compact and robust illumination source that emits dual-color linearly polarized light for three-photon microscopy. Based on an all-polarization-maintaining passive mode-locked fiber laser, we shift the center wavelength of the pulses to the 1.7μm band utilizing cascade Raman effect, thereby generate dual-wavelength pulses. To enhance clarity, the two wavelengths are separated through the graded-index multimode fiber. Then we obtain the dual-pulse sequences with 1639.4nm and 1683.7nm wavelengths, 920fs pulse duration, and 23.75MHz pulse repetition rate. The average power of the signal is 53.64mW, corresponding to a single pulse energy of 2.25nJ. This illumination source can be further amplified and compressed for three-photon fluorescence imaging, especially dual-color three-photon fluorescence imaging, making it an ideal option for biomedical applications.
Three-photon fluorescence imaging illumination source dual-wavelength femtosecond pulse cascaded Raman effect graded-index multimode fiber Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(5): 2241005
