Author Affiliations
Abstract
1 Center of Ultra-precision Optoelectronic Instrument, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China
2 Key Laboratory of Ultra-precision Intelligent Instrumentation (Harbin Institute of Technology), Ministry of Industry and Information Technology, Harbin 150080, China
We propose an absolute distance measurement method that employs heterodyne and superheterodyne combined interferometers to achieve synchronous detection and demodulation of multiwavelengths. Coarse and fine synthetic wavelengths are generated by a dual-longitudinal-mode He–Ne laser and four acoustic optical frequency shifters. Further, to improve phase synchronization measurement for multiwavelengths, we analyze the demodulation characteristics of coarse and fine measurement signals and adopt a demodulation method suitable for both signals. Experimental results demonstrate that the proposed method can achieve high-precision synchronous demodulation of multiwavelengths, and standard deviation is 1.7 × 10-5 m in a range of 2 m.
multiwavelength absolute distance superheterodyne interferometry phase synchronization Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011204
洛阳顶扬光电技术有限公司, 河南 洛阳 471000
随着半导体阵列泵浦的Nd∶YAG固体激光器迅速发展, 应用范围逐渐拓宽, 其体积、能量、环境适应性逐渐成为衡量激光器性能的重要指标。为了满足激光照射领域使用需求, 研制了一种在宽温(-40～60℃)范围内正常工作的小型化、大能量、无温控的侧泵Nd∶YAG电光调Q激光器。该激光器采用多个多波长(3-λ)半导体阵列为泵浦源, Φ5mm×64mm的Nd∶YAG晶体为工作物质, LN晶体为电光调Q晶体
激光器 宽温范围 多波长半导体阵列 小型化 lasers wide temperature multiwavelength semiconductor array 20Hz 20Hz miniaturization
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
3 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
4 西安空间无线电技术研究所，陕西 西安 710000
装备精密制造、空间导航定位和卫星编队等领域要求激光干涉仪的测距精度在几千米到几百公里范围内达到pm量级，这是传统激光测距技术无法达到的。因此，利用等间隔多光谱光频梳特性，基于多波长激光干涉测量原理和双光学频率梳外差干涉测距数学模型，研究相位测量不确定度、空气折射率不确定度和信号重复频率引起的不确定度等因素对距离测量不确定度的影响。结果表明：距离测量不确定度会随温度的增加、压强的增大、二氧化碳体积分数的升高而减小；相比传统光学频率梳干涉测距法，温度越高、压强越大，双光学频率梳外差干涉测距法的距离测量不确定度下降越明显，当二氧化碳每立方米的体积分数在0.75%~0.80%范围内时，两种方法的距离测量不确定度趋于一致。
光纤光学 光频梳 多波长 外差干涉测距 距离测量不确定度 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1906002
中国科学院环境光学与技术重点实验室, 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
实现水体致病菌的快速识别检测对防控由水体微生物污染引起的大规模疾病爆发有重要的现实意义。 生化鉴定、 核酸检测等常规细菌检测方法存在耗费时间长、 需要精密的实验仪器等特点, 不足以满足水体细菌微生物的快速实时在线监测。 由于细菌的多波长透射光谱包含较丰富的特征信息, 并且这项光谱检测技术具有快速简便、 无接触、 无污染等优点, 近年来成为细菌检测研究的热点。 以肺炎克雷伯氏菌、 金黄色葡萄球菌、 鼠伤寒沙门氏菌、 铜绿假单胞菌和大肠埃希氏菌为研究对象, 通过对细菌光谱作归一化处理和方差分析得到光谱变动最显著的特征波长区间, 在该区间提取200 nm处的吸光度值及短波段的斜率值作为光谱特征值, 结合支持向量机对不同种类细菌进行预测。 结果表明, 多波长透射光谱的归一化预处理能够有效消除浓度影响, 并保留完整的原始光谱信息; 通过方差分析法得到特征波长区间为200~300 nm波段, 在此区间内提取的五种细菌的归一化光谱趋势图的特征值分别为: 200 nm处吸光度值为0.006 5, 0.005 1, 0.007 5, 0.007 5和0.008 5, 200~245 nm波段的斜率值为-62.45, -35.94, -81.30, -82.67和-103.49, 250~275 nm波段处的斜率值为-15.48, -14.82, -20.91, -13.92和-26.21, 280~300 nm波段处的斜率值为-29.96, -24.62, -33.71, -36.09和-30.88。 对样本提取特征值并随机划分训练集和测试集, 支持向量机选择惩罚因子模型以及线性核函数, 通过寻优算法确定最佳的惩罚因子参数c和核函数参数g, 对测试集样本进行测试, 得到细菌种类的识别结果, 五种细菌的预测准确率均达到100.0%。 综上所述, 水体致病菌的多波长透射光谱通过合适的数据预处理能够提取出具有明显差异性的光谱特征值, 该光谱特征值结合支持向量机能够有效用于不同细菌种类的识别, 该方法为水体细菌快速识别和实时在线监测提供了重要的技术支持。
多波长透射光谱 细菌 特征提取 支持向量机 分类识别 Multiwavelength transmission spectrum Bacterias Feature extraction Support vector machine Classification and identification 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2940
报道了一台用于大气探测激光雷达系统的LD脉冲端面泵浦Nd∶YAG激光晶体的腔外倍频千赫兹多波长激光器。采用紧凑介稳腔设计和电光调Q方式，获得具有高动静比的1064 nm基频光脉冲输出。腔外采用Ⅰ类相位匹配LBO晶体倍频，Ⅱ类相位匹配LBO晶体和频，实现了355 nm和频光输出，同时对355 nm和频光单脉冲能量的影响因素进行了理论分析和实验研究。当倍频转换效率为53%时，获得重复频率为1 kHz的三波长激光分束输出，对应的单脉冲能量分别为1.18 mJ@1064 nm、1.06 mJ@532 nm、0.73 mJ@355 nm；脉冲宽度分别为3.49 ns@1064 nm、3.42 ns@532 nm、3.02 ns@355 nm；光束质量因子分别为Mx2=1.70、My2=1.75@1064 nm，Mx2=1.57、My2=1.41@532 nm，Mx2=1.51、My2=1.38@355 nm。
激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1914002
1 西南科技大学 极端条件物质特性联合实验室，四川 绵阳 621900；四川省军民融合研究院，四川 绵阳 621900
2 西南科技大学 极端条件物质特性联合实验室，四川 绵阳 621900；西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室，四川 绵阳 621900
3 西南科技大学 极端条件物质特性联合实验室，四川 绵阳 621900
4 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
对比研究了3ω单独辐照、3ω＋2ω和3ω＋1ω双波长同时辐照下熔石英元件的初始损伤和损伤增长规律，重点研究3ω能量密度在其阈值附近时，低能量密度的2ω和1ω对初始损伤和损伤增长的影响，分析了波长间的能量耦合效应。结果表明：双波长同时辐照下，当2ω和1ω能量密度远低于其自身阈值时，它们对初始损伤几率和损伤增长阈值的影响可以忽略，但也会参与初始损伤和损伤增长过程，会增加初始损伤程度和损伤增长系数。基于飞秒双脉冲成像的冲击波速度测量表明，3ω和1ω同时辐照下，波长间的能量耦合效应会促进激光能量向材料沉积的效率。
激光诱导损伤 熔石英 多波长激光 初始损伤 损伤增长 laser induced damage fused silica multiwavelength laser initial damage damage growth 强激光与粒子束
2020, 32(1): 011011
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 安徽大学, 安徽 合肥 230601
4 合肥学院, 安徽 合肥 230601
水体致病菌的快速识别和检测对于水质安全预警具有重要意义。以大肠埃希菌、肺炎克雷伯氏菌、金黄色葡萄球菌和鼠伤寒沙门氏菌为研究对象,对其多波长透射光谱进行测量,提出了一种基于相似学原理、余弦相似度、皮尔逊相关系数和联合相似度算法的水体细菌种类识别方法。结果表明:不同的相似度算法对不同细菌的光谱差异性的敏感度不同,相似学原理对肺炎克雷伯氏菌的识别率最高,可达98.2%;余弦相似度和皮尔逊相关系数对金黄色葡萄球菌的识别率均为100%;联合相似度算法可实现不同算法的优势互补,有效提高识别结果的可靠性与稳定性,对低浓度肺炎克雷伯氏菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌和大肠埃希菌的识别率分别为98.2%、100%、94.1%和91.4%,对较高浓度的上述4种细菌的识别率分别为100%、100%、100%和96%。
光谱学 水体致病菌 多波长透射光谱 相似度算法 种类识别
哈尔滨工程大学 纤维集成光学教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
多波长超快激光器在光通信、医学诊断和光学传感等各种应用中有着十分重要的应用前景。2009年以来, 石墨烯、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物和黑磷等二维材料在超快光子学领域的发展非常快速。它们独特的非线性光学特性, 使之能够被用作快速响应、宽带运转的可饱和吸收体且能够容易地集成到激光器中。研究发现, 基于二维材料的非线性光学器件是研究激光器内非线性脉冲动力学演化的理想平台。在文中, 回顾了二维材料在多波长超快激光器中应用的最新进展。进而, 阐述了多波长的耗散孤子、矩形脉冲和亮暗孤子对等脉冲类型。最后, 提出了这类多波长超快激光器面临的挑战和应用前景。
二维材料 锁模激光器 非线性光学现象 多波长 孤子 two-dimensional materials mode-locked lasers nonlinear optical phenomenon multiwavelength soliton 红外与激光工程
2019, 48(1): 0103002
1 中国科学院环境光学与技术重点实验室， 中国科学院安徽光学精密机械研究所， 安徽 合肥 230031
2 安徽省环境光学监测技术重点实验室， 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学， 安徽 合肥 230026
多波长透射光谱能够反映出样品细胞大小、 形状、 内部结构和化学组分等丰富而独特的信息， 是微生物快速、 实时、 在线检测与识别的有利工具。 将多波长透射光谱技术应用于水体致病性细菌微生物的快速有效检测对控制水体细菌微生物污染及保护饮用水源水质安全具有重要的现实意义。 为了建立及发展基于多波长透射光谱技术的水体致病性细菌微生物快速有效的检测方法， 采用紫外-可见分光光度计获取了多种水体致病性细菌微生物（如： 肺炎克雷伯氏菌、 鼠伤寒沙门氏菌、 金黄色葡萄球菌和大肠杆菌）在200～900 nm波段的多波长透射光谱， 对比分析了不同细菌及同种细菌在不同浓度时的多波长透射光谱特征。 结果表明： 对于同种细菌， 当细菌浓度发生变化时， 400～900 nm波段透射光谱形状较为一致， 并且在400， 450， 500和550 nm波长处的光密度值与浓度具有很好的线性关系， 该波段由细菌体的散射起主要作用； 但在200～400 nm波段范围内， 细菌透射光谱的形状随细菌浓度的变化而变化， 在200， 258， 300和350 nm波长处的光密度值与细菌浓度分别具有很好的二次多项式关系。 根据微粒的Mie散射理论， 采用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘方法对测得的四种细菌透射光谱进行了散射光谱和吸收光谱拟合， 并对比分析了不同细菌散射光谱特征和吸收光谱特征， 结果表明： 四种细菌散射光谱的特征峰均在245 nm波长处， 但该波长处的光密度值具有明显差异性， 这与不同细菌外部结构及内部结构细胞器的大小、 形状等不同有关； 而四种细菌吸收光谱特征峰均在260 nm波长处， 且不同细菌在240～400 nm波段内吸收光谱也具有明显差异性， 这与不同细菌细胞内的核酸、 蛋白质等化学组分含量不同有关。 该研究表明对于不同种细菌及具有不同浓度的同种细菌， 测得的多波长透射光谱及计算出的散射光谱和吸收光谱特征都具有明显的不同， 通过多波长透射光谱解析可以获得细菌多种特征参数， 多波长透射光谱可以被用于快速有效检测水体中的致病性细菌微生物。 该研究为发展水体细菌微生物快速在线监测仪提供了重要依据。
细菌微生物 多波长透射光谱 光谱特征 散射 吸收 Bacterial microbes Multiwavelength transmission spectroscopy Spectral feature Scattering Absorption 光谱学与光谱分析
2018, 38(5): 1610
