强激光与粒子束
2024, 36(1): 013011
1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
光致热弹光谱（LITES）技术是近年来发展迅速的一种新颖痕量气体检测技术，该技术以体积小巧、成本低廉且无波长选择性的音叉式石英晶振替代成本高、探测波段窄的光电探测器作为光电换能器，通过探测激光与目标气体相互作用后光强的变化量实现目标气体浓度的反演。LITES技术具有探测灵敏度高、响应时间短、无波长选择性等优点。本文以下水道中的硫化氢气体为测量目标，开展了基于LITES技术的痕量气体探测系统的研究。以输出波长为1.582 μm的近红外连续波分布反馈单纵模二极管激光器作为激发光源，采用激光器波长调制和二次谐波探测技术，首先研究了激光波长调制深度对LITES系统产生的信号幅度的影响，而后详细研究了气体压强及环境压强对装置性能的影响。此外，为进一步提升装置探测灵敏度，有效光程长度为14.5 m的Herriott多通池被装配在激光器和作为光电探测器的音叉式石英晶振之间，从而使传感器在积分时间为300 ms时，获得4.87×10-7的最低探测极限，当积分时间延长至52 s时其探测灵敏度可达7.78×10-8。在完成装置各项参数优化之后开展了下水道中硫化氢气体的实测研究，结果显示，该系统完全可满足下水道臭气监测分析等领域的应用需求。
光致热弹光谱 音叉式石英晶振 硫化氢 气体传感 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0330002
1 东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 东北大学信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110819
3 东北大学秦皇岛分校河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室，河北 秦皇岛 066004
提出了一种双柄空心微瓶腔结构，利用微纳光纤耦合激发出了回音壁模式（WGM）谐振，通过控制轴向拉伸应变，实现了回音壁模式的谐振波长和品质因子Q的调谐，通过非对称拉锥的方式改变微腔结构，增大了双柄微腔结构轴向拉伸对腔长和壁厚的改变量，从而使谐振波长的调谐范围达到了0.66 nm。所提结构在激光器、滤波器和传感检测等应用方面具有实际意义。实验中进一步探究了非对称双柄回音壁模式微腔的应变传感特性，结果表明，WGM谐振峰对轴向拉伸应变的灵敏度可达0.795 pm/µε，分辨率小于25 µε，线性度达0.999。由于回音壁模式谐振腔具有极窄的谐振峰，该传感方法能够实现更高的传感分辨率，为高分辨率应变传感提供了新思路。
集成光学 回音壁模式 空心微瓶腔 谐振峰调谐 应变传感
上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
针对调制光栅Y分支型（MG-Y）激光器在实际应用中波长-电流查找表（LUT）构建效率低、调谐方式复杂、波长调谐时功率漂移量大等问题，对其调谐特性进行了深入研究。利用左、右反射器电流的调谐特性，设计出一种具有普适性的波长测试框架，能够高效且准确地定位激光器的平滑波长调谐路径。同时提出一种自适应功率校准算法，提升了激光器在波长调谐时的功率稳定性。测试结果表明：基于波长测试框架的LUT仅包含3147个反射器电流-波长组合；激光器的波长调谐范围为1528~1568 nm，波长调谐步长为5 pm；边模抑制比（SMSR）大于40 dB；波长准确度优于±2.9 pm；波长重复性优于1.9 pm；波长调谐时功率漂移量小于0.408 mW，稳定度为3.57%；解调出光纤非本征法布里-珀罗干涉型（EFPI）传感器的腔长变化量小于7.58 nm，可以应用于光纤传感等实际场景。
激光器 半导体激光器 波长调谐 功率校准 光纤传感
中国工程物理研究院电子工程研究所, 四川绵阳 621999
基于单片微波集成电路技术设计了一款 S波段频率可调谐滤波器芯片, 该可调谐滤波器芯片采用信道化结构, 通过选择不同通道实现宽调谐比。其中每个通道采用多级放大器与无源滤波网络级联的形式提高该滤波电路的选择性, 通过在无源滤波网络引入变容二极管实现通道频率的连续调谐, 该结构可在滤波器具备较高选择性的前提下实现宽调谐比。采用 0.25 μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管 (PHEMT)工艺设计了一款 S波段双通道信道化可重构滤波器, 仿真结果表明, 在 0~3 V控制电压范围下, 该滤波器中心频率调谐范围为 2.5~4 GHz, 带宽变化范围为 420~650 MHz, 调谐比达到 60%, 滤波器芯片尺寸为 3 mm×3.1 mm。该设计为片上可重构射频滤波实现宽频率调谐比提供了一条技术途径。
可重构滤波器 信道化滤波器 单片微波集成电路 宽调谐比 reconfigurable filter channelized filter Monolithic Microwave Integrated Circuit(MMIC) wide tuning ratio 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(12): 1507
Author Affiliations
Abstract
Engineering Research Centre of RF-ICs & RF-systems, Ministry of Education, Southeast University, Nanjing 210096, China
An 80-GHz DCO based on modified hybrid tuning banks is introduced in this paper. To achieve sub-MHz frequency resolution with reduced circuit complexity, the improved circuit topology replaces the conventional circuit topology with two binary-weighted SC cells, enabling eight SC-cell-based improved SC ladders to achieve the same fine-tuning steps as twelve SC-cell-based conventional SC ladders. To achieve lower phase noise and smaller chip size, the promoted binary-weighted digitally controlled transmission lines (DCTLs) are used to implement the coarse and medium tuning banks of the DCO. Compared to the conventional thermometer-coded DCTLs, control bits of the proposed DCTLs are reduced from 30 to 8, and the total length is reduced by 34.3% (from 122.76 to 80.66 μm). Fabricated in 40-nm CMOS, the DCO demonstrated in this work features a small fine-tuning step (483 kHz), a high oscillation frequency (79–85 GHz), and a smaller chip size (0.017 mm2). Compared to previous work, the modified DCO exhibits an excellent figure of merit with an area (FoMA) of –198 dBc/Hz.
DCO switched-capacitor ladder sub-MHz digitally controlled transmission lines tuning bank Journal of Semiconductors
2023, 44(10): 102402
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 101408
3 中国科学院上海高等研究院上海 201204
4 上海市低温超导高频腔技术重点实验室上海 201800
5 上海科技大学上海 201210
射频四极场加速器（Radio Frequency Quadrupole，RFQ）广泛应用于质子加速器装置中，高频率、紧凑型RFQ的发展可以推动质子加速器装置的小型化，同时也面临调谐困难的问题。紧凑型RFQ的性能对腔体尺寸的敏感度高，基于理论物理特性的传统调谐算法难以取得良好效果，而基于腔体实际物理特性的调谐算法则可以解决紧凑型RFQ的调谐难点。本文提出了一种基于响应矩阵和最小二乘法的调谐算法，该算法可以限定求解的范围，避免计算结果超出调谐器可调谐范围的问题；为二极场分量赋予权重，可以高效地降低二极场误差，解决二极场分量难以调谐的问题。根据新的调谐算法分别在模拟环境下的RFQ样机上完成了调谐实验，在搭建的测量平台获得的结果显示：初始状态下二、四极场误差分别为24.09%和1.57%，经过5次调谐后两者误差分别降为2.33%和1.39%，验证了调谐算法的有效性。该调谐算法具有普适性，也可以用于其他频率的RFQ，将来还可以促进质子加速器装置的小型化，推动医用质子装置的普及。
RFQ 调谐 二极场误差 RFQ Tuning Dipole component errors
1 中国科学技术大学 核探测与核电子学国家重点实验室,合肥 230026
2 中国科学技术大学 物理学院 光学与光学工程系,合肥230026
3 先进激光技术安徽省实验室,合肥 230026
为了在光纤激光器中获得具有中心波长可调谐的锁模脉冲柱矢量,采用半导体可饱和吸收镜和高反的啁啾光纤光栅作为腔镜,搭建了直腔掺镱脉冲光纤激光器,腔内插入长周期光纤光栅作为模式转化器件,进行了实验验证,取得了波长可调谐的柱矢量脉冲数据。结果表明,激光器工作在1060.72 nm时,光谱带宽0.22 nm,输出斜率效率为8.6%,锁模脉冲宽度为10.9 ps,重频 18.66 MHz,锁模脉冲信噪比高达65 dB,同时获得了模式纯度超过97%的柱矢量光束; 调节腔内的偏振控制器来改变腔内波长的损耗,可以实现锁模柱矢量脉冲的谐振波长在1060.72 nm~1066.04 nm连续可调。该研究为可调谐脉冲柱矢量光纤激光器研制提供了重要的参考价值。
激光器 波长可调谐 锁模 柱矢量光束 掺镱光纤激光器 lasers wavelength tuning mode-locked cylindrical vector beam ytterbium doped fiber laser
1 西南技术物理研究所, 成都 610041
2 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广州 510641
3 四川大学 材料科学与工程学院, 成都 610064
为了对Yb∶YAG晶体荧光性能进行调控以使其更好地应用于高能脉冲型激光器, 结合密度泛函理论和晶体场理论, 对掺杂调控后的Yb∶YAG晶体的电子结构、光谱学性质进行了理论计算, 分析了不同粒子掺杂和占据格位情况下Yb∶YAG晶体的荧光性能, 并在此基础上计算配方完成晶体生长实验、制备样品进行荧光性能测试验证。结果表明, 通过以上过程掌握了Yb∶YAG晶体荧光寿命等参数的调控方法, 共掺Cr后的Yb∶YAG荧光寿命可以从1.18 ms降低至0.94 ms。该研究为Yb∶YAG晶体实现高能脉冲激光应用奠定了理论和实验基础。
激光技术 性能调控 第一性原理计算 掺杂改性 晶体生长 荧光测试 Yb∶YAG晶体 laser technique property tuning first principle calculation doping modification crystal growth fluorescent measurement Yb∶YAG crystal
1 沈阳化工大学信息工程学院，辽宁 沈阳 110142
2 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110169
3 辽宁省太赫兹成像与感知重点实验室，辽宁 沈阳 110169
4 中国科学院大学，北京 100049
5 华北水利水电大学电力学院，河南 郑州 450045
利用Nd∶YAG激光泵浦磷酸氧钛钾晶体，实现了波长为2.05~2.97 μm的相干光输出，其覆盖了近红外与中红外过渡波段（也称“短波红外波段”）。采用了与以往报道不同的相位匹配调谐区域，在较小的晶体转角下，获得了较宽的调谐范围。比较了单程与双程泵浦的两种光学参量振荡器结构，验证了双程泵浦的优越性。双程泵浦的光学参量振荡器的最高输出脉冲能量在18 mJ以上，峰值功率高于2.3 MW，在较宽调谐范围内保持了较高的输出能量，输出能量在5 mJ以上的波段占比为78.3%。上述工作为短波红外波段应用提供了一种便捷有效的相干光源。
非线性光学 光学参量振荡器 短波红外波段 磷酸氧钛钾 角度调谐 中国激光
2023, 50(23): 2308001
