期刊基本信息
创刊：
1984年 • 双月刊
名称：
量子电子学报
英文：
Chinese Journal of Quantum Electronics
主管单位：
中国科学院
主办单位：
中国光学学会基础光学专业委员会
主编：
龚知本
ISSN：
1007-5461
刊号：
CN 34-1163/TN
电话：
0551-5591564
邮箱：
地址：
合肥市1125邮政信箱
邮编：
230031
定价：
80元/期
量子电子学报 第22卷 第4期
在高功率倍频过程中,非线性倍频晶体由于吸收了基波和谐波的功率,造成倍频晶体内温度的变化,破坏了晶体原来的相位匹配条件,从而导致频率变换效率降低、输出谐波功率不稳定等问题,对于高功率高重复频率激光器系统尤其严重.根据热传导方程分析了晶体内部的热分布,利用非线性晶体的折射率方程分析了非线性倍频晶体温度变化时,其相位匹配、允许参量以及光波走离角的变化情况,为实现高功率倍频激光奠定了理论基础.
非线性光学 高功率 倍频晶体 热效应 相位匹配 允许参量 走离角 nonlinear optics high power frequency doubled crystal thermal effect phase matching tolerance angles walk-off angles 
综述了国外不同类型的高平均功率盘片激光器技术现状,分析和评述了各种途径的技术优势、技术限制、发展潜力及应用前景.最后介绍了应用电子学研究所高平均功率片状及固体热容激光器研究的最新进展.
激光技术 二极管泵浦 高平均功率 高亮度 盘片激光器 laser techniques diode pumping high average power high brightness disk laser 泵浦源向固体激光介质提供产生激光所需能量的同时,在介质中造成无用热.为了持续工作,必须及时从激光介质中消除这些无用热(散热),于是形成"热效应".这种热效应造成两个恶果:应力导致工作介质破坏,从而限制了激光器的输出平均功率;畸变导致激光光束质量下降,使输出激光的亮度降低.概述克服固体激光器热效应所做的工作、取得的进展以及今后可能的技术途径.
激光技术 全固态激光器 热容 光纤 低热泵浦 辐射平衡 laser techniques all-solid-state laser heat capacity optic fiber low-heat pump radiation balance 对高功率脉冲双包层光纤激光器的国内外研究进展进行评述,通过建立了小信号瞬态增益模型,对脉冲激光信号经过双包层光纤放大后的波形进行了数值模拟.分析了基于MOPA方式脉冲双包层光纤激光器的几个问题,报道了中科院上海光机所采用振荡-放大(MOPA)方法获得133.8 W平均功率脉冲放大输出的实验结果.
激光技术 脉冲光纤激光器 双包层光纤 主振荡-放大(MOPA) laser techniques pulsed fiber laser double cladding fiber master-oscillator power amplifier （MOPA） 对比了掺Nd3+、Yb3+、Ho3+、Tm3+等稀土离子的准三能级固体激光的特性,分析了它们在圆棒、板条、薄片、光纤等构型的固体激光器中的工作性能.着重总结了高平均功率掺Yb3+固体激光器的最新进展,最后简要介绍了本研究小组在高功率Yb:YAG/YAG复合板条激光器和光纤激光器两方面的最新研究结果.
激光技术 准三能级 固体激光 光纤激光器 laser techniquce quasi-three-level solid-state laser fiber laser 通过对Yb:YAG晶体中Yb3+粒子的吸收谱的分析和讨论,认识到Yb:YAG晶体作为LD泵浦固体激光器的激活介质,有着其它晶体所没有的优点:能级结构简单.在此基础之上,设计了一套LD端面泵浦Yb:YAG激光器.在泵浦光强为25 W时,获得了6.09W的1030 nm稳定的连续激光输出,光光转换效率为24.3%,斜效率为31.6%.
激光技术 LD端面泵浦 光谱 Yb:YAG晶体 laser techniques LD end-pumping spectrum Yb:YAG crystal 在半导体泵浦的固体激光器中,激光晶体的热效应在很大程度上影响了激光器的能量输出和光束质量.为减小激光器中的热效应,介绍了用LD端面泵浦板条(slab)激光晶体,结合稳腔-非稳腔混合腔型(hybrid resonator)实现的板条激光器.在腔长为50 cm的情况下,得到了16 W连续输出,高泵浦功率时斜效率达到59%,同时进行了稳腔方向的热效应分析.
激光技术 板条激光器 热透镜效应 混合腔 二极管端面泵浦 laser techniques slab laser thermal effect hybrid resonator diode-pumped solidstate laser 利用四能级激光系统的速率方程和类高斯光束倍频理论,计算了在LD阵列侧面泵浦Nd3+:YAG/KTP660 nm红光激光器中,倍频晶体长度与谐波输出功率的函数关系,分析了激光器工作特性,优化选择了腔参数,得到与理论计算符合较好的实验结果.使用长度不同的KTP晶体,在180 W泵浦功率下,谐波输出功率最大输出3.75 W.选择优化的晶体长度,在210 W泵浦功率时,得到功率为5.83 W的660 nm红色激光.
激光技术 红色激光 倍频理论 最佳倍频晶体长度 侧面泵浦 laser techniques red laser double-frequency theory optimal length of doublefrequency crystal side-pumping 利用808 nm LD作泵浦源,通过合理的谐振腔镜膜层设计,实现了Nd:YAG的4Fa/2→4I13/2能级跃迁,获得了1.44 μm人眼安全波段激光的连续和脉冲运转.在泵浦功率为1.5 W的条件下,激光器连续运转时,腔内放入布氏片,获得268 mW的稳定TEM00模线偏振激光输出,激光阈值380 mW,斜效率达23.9%,M2因子小于1.3.用新型饱和吸收体V:YAG代替布氏片垂直于光路放置,获得了平均输出功率36 mW,脉冲宽度106 ns,脉冲重复频率52 kHz仍然是线偏振的激光输出,相应脉冲峰值功率和单脉冲能量分别为6.5 W和0.69μJ.
激光技术 激光二极管 人眼安全 laser techniques laser diode Nd:YAG Nd:YAG eye-safe 使用紧凑的直线平-凹腔结构,利用半导体饱和吸收片GaAs实现了二极管(LD)端面抽运Nd:GdVO4高重复频率的被动调Q 1.06μm激光运转,在8 W的泵浦功率下获得平均输出功率达0.98 W的稳定激光输出,最小脉冲宽度为60 ns.最高重复频率达240 kHz.
激光技术 LD抽运 被动调Q laser techniques diode-pumping GaAs GaAs passive Q-switch Nd:GdVO4 Nd:GdVO4 理论研究了棱镜组对非稳腔内激光光束的压缩.并在实际的非稳腔-稳腔混合腔板条电光调QNd:YVO4激光器内部加入棱镜组,在非稳腔方向上压缩腔内光束,从而有效减小电光晶体BBO所需的体积,同时仍然能保证在激光晶体上有较大的基模体积,满足大功率输出的要求.当连续泵浦为66 W的时候,得到重复频率2 kHz脉冲激光的平均功率为3.6 W,平均每个脉冲能量为1.8 mJ.脉冲宽度为6 ns.实验结果表明,在加入棱镜组后,激光光束仍能保证很好的光束质量,并能获得高重复频率、高强度的短脉冲.
激光技术 板条激光器 Q开关 棱镜组 混合腔 laser techniques slab laser Q-switching prism pair 讨论了几种常见的光束质量评价方法,并分析了这些方法在对激光二极管光束质量进行评价时的局限性.分析了影响激光二极管光束利用透镜进行准直的难易程度的主要因素,给出了一种新的光束质量评价标准lθ5(l是发光源在平行于结平面方向的长度,θ是光束在垂直于结平面方向的发散角)较好地反映了在实际工程应用中光束准直的难易程度,此值越小光束越容易准直.并且还给出了一个参考值,当光束的lθ5值低于此值时,此光束可以被较好地准直而不引起较大困难.
激光技术 激光二极管 光束质量 准直 laser techniques laser diode beam quality collimation 温度特性是影响半导体激光器(LD)特性测试准确性的重要因素,对LD温度控制技术的研究有着重要的意义.在分析了LD的温度特性的基础上,提出了一种高稳定温度控制的设计方案,并从几个方面讨论了保证LD高稳定温度控制和保证温度信号检测、传输精度的方法.实验结果表明,在10℃～40℃范围内温度稳定度为±0.01℃,在25℃时稳定度达到士0.005℃,从而为LD的准确测试提供了有效的保证.此系统稍加改动即能广泛应用于各类LD的控温系统.
激光技术 半导体激光器 自动测试 温度控制 比例积分控制 laser techniques laser diode automatic testing temperature control PI 提拉法生长的Nd:GSGG是性能优良的激光晶体,在固体强激光领域有重要的运用前景.采用液相共沉淀法制备了GSGG的前驱物,将前驱物在较低的温度下烧结,获得了GSGG多晶原料,用提拉法生长了无散射、气泡、云层、无开裂的φ2626mm×45 mm的含钪石榴石Nd:GSGG晶体.用X射线衍射对GSGG的共沉淀前驱物在不同烧结温度下的相变情况进行了研究,表明在900℃烧结温度下,GSGG前驱物即可反应形成GSGG多晶,这比固相法合成GSGG料的反应温度低了200℃.同时,用X射线衍射对GSGG多晶、Nd:GSGG单晶的结构进行了研究,采用最小二乘法,以f(θ)=sin θ-sin1-Tθ(T=20)为外推函数,计算了GSGG多晶和Nd:GGG单晶的晶格参数,分别为1.257547 nm、1.256163 nm.它们之间的晶格参数差异可能是由于Ga组分的不同所引起的.
激光技术 提拉法 共沉淀法 晶体结构 X射线衍射 laser techniques Czohchralski technique co-precipitation method Nd:GSGG Nd:GSGG crystal structure X-ray diffraction 采用共沉淀方法,以金属Ga和Gd2O3为起始原料,以氨水为沉淀剂,制备了GGG多晶.测量了共沉淀方法制备的GGG多晶、固相反应法制备的Nd:GGG多晶以及提拉法生长的GGG、Nd:GGG晶体的X射线衍射谱(XRD),利用图解外推法计算了晶格参数.共沉淀方法制备的GGG多晶原料较固相法制备的Nd:GGG晶格参数小,可能是固相制备过程中Ga组分挥发导致Gd3+取代了Ga3+位以及Nd3+占据了部分的Gd3+位,从而使晶格参数变大.同时就提拉法生长的Nd:GGG晶体和GGG晶体的晶格参数进行比较发现,Nd:GGG晶体的晶格参数较纯GGG晶体的晶格参数大,说明在Nd:GGG晶体中Nd3+占据了部分的Gda+位.另外,晶体的晶格参数较多晶粉末的晶格参数大,分析认为这可能也是由于Ga组分的挥发导致Gd3+占据了Ga3+位所引起.这些实验?峁得鱃a组分挥发在原料制备过程和晶体生长过程中都可能存在,因此应在制备原料和晶体生长等各个环节中考虑Ga组分的挥发.采用液相共沉淀方法制备有利于抑止Ga组分的挥发.
材料 晶格参数 共沉淀法 晶体生长 materials Nd:GGG Nd:GGG lattice parameter co-precipatation method crystal growth 用提拉法成功生长出了Nd3+:Gd3Sc2Ga3O12(Nd:GSGG)晶体,并对其光谱性能进行了研究.测量了晶体在400～2700 nm波段内的吸收光谱.用808 nm波长激发,测量了晶体的荧光光谱和荧光寿命,计算了晶体的发射截面.与Nd:GGG和Nd:YAG的光谱参数进行了比较.
光谱学 GSGG晶体 光学材料 吸收系数 荧光光谱 荧光寿命 spectroscopy GSGG crystal absorption coefficient fluorescence spectrum fluo-rescence lifetime Nd:GGG晶体是热容固体激光器的一种重要的工作介质.采用提拉法沿〈111〉方向生长出直径为60 mm的Nd:GGG单晶,利用应力仪、偏光显微镜和环境扫描电子显微镜及化学腐蚀等仪器和手段,对晶体的宏观和微观缺陷进行了观察和分析,可为改善生长工艺、生长大尺寸优质Nd:GGG晶体提供指导.
材料 缺陷 应力双折射 Nd:GGG晶体 热容固体激光器 位错 materials material defect stress birefringence Nd:GGG crystal SSHCL dislocation X射线相位衬度CT指的是在通过X射线光源来对物体进行成像过程中使用图像的位相衬度来反映物体的密度或者厚度分布,适用于弱吸收物体,还可以减少吸收剂量,放宽成像条件中光源强度的限制和减少对样品(尤其是生物样品)的损伤.介绍了目前用于X射线相位衬度CT的三种方法,实验及图像重建的过程,并分析了各自的优缺点.
图像处理 X射线 相位衬度 image processing X-ray phase-contrast CT CT 介绍了以近红外二极管激光吸收光谱为基础的气体光学传感器的测量原理以及二极管激光光学传感技术在垃圾焚烧炉实时监控、气体管道泄漏检测、汽车尾气排放等方面应用的最新进展,并对二极管激光光学传感的发展趋势进行了展望.
激光技术 近红外 二极管激光 气体传感 laser techniques near-infrared diode laser gases sensor 在流动余辉装置上,利用空心阴极放电产生的活性氮与CHBr3分子碰撞,在550～750 nm波长范围内观察到了较强的NBr(b→X)跃迁发射谱;同时,在反应管的下游,我们探测到了CN(A,B)的发射谱.分析认为化学发光机理是:亚稳态氮原子N(2D)与CHBr3之间的一步传能反应直接产生了NBr(b)激发态,而CN(A,B)态则来自基态原子N(4S)与CBr的反应,其中CBr是CHBr3经活性氮中的亚稳态N2(A)激发离解形成的.
光谱学 活性氮 化学发光 能量转移 spectroscopy active nitrogen chemiluminescence energy transfer 用高温熔融法制备了一种Er3+/Yb3+共掺的70TeO2-5Li2O-10B2O3-15GeO2玻璃.测试和分析了其热稳定性、吸收光谱、荧光光谱和上转换发光.应用Judd-Ofelt理论计算了玻璃中Er3+的强度参数、自发辐射跃迁几率、辐射寿命以及荧光分支比.结果表明:这种玻璃具有较好的热稳定性,较宽的荧光半高宽和较大的受激发射截面,位于532 nm、546 nm和659 nm的上转换绿光和红光,分别对应于Er3+离子2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2的辐射跃迁,是一种较为合适的宽带光纤放大器和上转换激光器的基质材料.
光谱学 锗碲酸盐玻璃 热稳定性 光谱特性 Judd-Ofelt理论 上转换 spectroscopy germanotellurite glass thermal stability spectroscopic properties Judd-Ofelt theory upconversion 报道了1.53μm波段光纤光栅外腔半导体激光器的乙炔吸收稳频.通过理论分析参数选择,设计了光纤光栅外腔半导体激光器和光纤光栅调谐与调制结构.利用锁定放大器闭环控制布拉格波长,将激光器输出波长锁定在乙炔气体1530.37 nm的吸收峰上,频率稳定度达10-8.
激光技术 稳频 光纤光栅 外腔半导体激光器 乙炔 laser techniques frequency stabilization FBG ECLD C2H2 对分布布拉格反射(DBR)的透射特性进行了分析,制作了一个单频窄线宽掺镱光纤DBR激光器.在977 nm半导体激光器泵浦下,在1052.5 nm波长处输出功率可达4 mW,线宽小于8 MHz(受测量仪器分辨率限制).采用弧形梁调谐光纤光栅,实现了DBR光纤激光器在单纵模工作状态下的连续调谐,调谐范围可达20.4 nm(1036.1～1056.5 nm),并研究了调谐对激光器的泵浦阈值和斜率效率的影响.
光纤光学 全光纤激光器 调谐 分布布拉格反射 掺镱光纤 fiber optics all fiber laser tunability distributed Bragg reflection ytterbiumdoped fiber 本文采用光子晶体带隙结构计算的Pendry理论研究了一维光子晶体的偏振特性,由Pendry理论导出的传输矩阵法计算了TE模和TM模的透射谱,不同入射角时基频PBG(Photonic band gap)分布,固定入射角及入射光频率时透射率随介质a的填充率因子变化曲线.
一维光子晶体 偏振特性 传输矩阵 1D photonic crystal polarization property transfer matrix 利用全量子理论,研究了双光子过程双模压缩真空场与耦合双原子相互作用系统(Tavis-Cumming 模型)场熵的演化特性,讨论了双模压缩真空态压缩因子、原子初始状态、原子间偶极-偶极相互作用强度和原子-光场耦合常数对场熵演化特性的影响.
量子光学 Tavis-Cumming模型 双模压缩真空场 偶极-偶极相互作用 场熵演化 quantum optica Tavis-Cumming model two-mode squeezing vacuum field dipoledipole interaction field entropy evolution 对苯二酚在大气中经常以"对苯二酚粉尘"的形式存在,为了达到快速检测环境中的对苯二酚的目的,我们首先对固体对苯二酚进行了离线分析,指出了对苯二酚的特征离子峰是母体离子峰(m/z=110);然后用激光气溶胶飞行时间质谱仪对气溶胶态的对苯二酚进行了激光解吸附/电离质谱研究;并且发现杂质NaCl的加入对气溶胶态对苯二酚分子离子峰没有产生影响.
光谱 对苯二酚 飞行时间质谱 激光解吸附/电离 气溶胶单粒子 spectroscopy hydroquinone time-of-flight mass spectrometry laser dissociation ionization single-particle aerosol 研究了一种用于测量人眼波前像差的新型主观式波前像差仪,给出了工作原理和实现方案.采用先进的三光路设计方法实现光学系统的设计,采用多线程、视频捕捉、图像处理、单片机及步进电机的控制等关键技术,实现了瞳孔的三维实时自动跟踪.该像差仪能测量出人眼的全部七阶像差,采用Zernike多项式、两维和三维波前像差图对人眼像差进行了描述,给出了计算各项波前像差的均方根(RMS)的公式.通过对57人(110只眼)的进行三次临床测量,采用SPSS统计软件对测量得到的各阶波前像差的RMS逐级递减值进行两两比较,无差异性(P＞0.05),结果表明该像差仪测量的重复性好,准确性高.
自适应光学 主观式 像差仪 三光路 自动跟踪 像差 adaptive optics subjective aberrometer three-channel optical path automatic tracking aberration 详细介绍以C8051F005单片机为核心的新型掺铒光纤放大器(EDFA)驱动源的设计及研制,用其驱动980 nm的半导体激光二极管(LD),输出十分稳定.然后泵浦铋基铒光纤(Bi-EDF),获得超宽带ASE谱,同时验证驱动源具有良好的线性度输出.
激光技术 掺铒光纤放大器 激光二极管驱动源 宽带放大 laser techniques EDFA laser diode driver broad band amplification 建立了含有三阶色散的色散管理系统模型,研究了周期三阶色散对色散管理孤子传输的影响.结果表明,三阶色散独立于其它效应,它导致色散管理孤子出现显著的线性延时和轻度崩塌,而且它对色散管理孤子的影响在传输距离上可平均.若周期性地改变光纤的三阶色散系数,可有效避免它对色散管理孤子传输的影响.
导波光学 三阶色散 色散管理孤子 周期扰动 孤子崩塌 延时 waveguide optics third-order dispersion dispersion-managed soliton periodically perturbation disintegration of soliton time delay 对特征方程直接求导解得了基模群时延和群速色散,讨论了双包层单模光纤不同折射率分布对传播常数、群时延、群速色散以及零色散点波长的影响.研究结果表明:光学参数,即纤芯和外包层的相对折射率(P)以及内包层和外包层的相对折射率(R)对该类光纤的传播常数、群速度、群速色散和零色散点波长均有比较明显的影响,影响的大小及规律随参数的不同又有所不同.这些规律为设计满足不同色散要求的双包层单模光纤提供了理论依据.
光通信 色散 光学参数 双包层 单模光纤 optical communication dispersion optical parameter doubly clad single-mode fiber 报道了氢化非晶硅薄膜在600～620℃温度下快速退火10 s可以形成纳米晶硅,其拉曼散射表明,所形成的纳米晶硅在薄膜中的分布是随机的,其直径在1.6～15 nm内.根据晶体生长理论和计算机模拟,讨论了升温快慢与所形成纳米硅颗粒大小之间的关系,并且在强光照射下观察了纳米晶硅在薄膜中的结晶和生长情况.经退火形成的nc-Si可见光辐射较弱,不能检测到它们的光致发光,但用氢氟酸腐蚀钝化后则可检测到较强的红PL,并且钝化后的nc-Si在空气中暴露一定时间后,其辐射光波长产生了蓝移.就表面钝化和量子限制对可见光辐射的重要性作了讨论.
光电子学 纳米晶硅 热退火 拉曼散射 optoelectronics nanocrystalline silicon rapid thermal annealing Raman scattering 讨论了用普通单片机能否直接驱动液晶显示器的问题,通过对液晶显示器工作原理及电气特性的深入分析.给出了具体的硬件电路、驱动信号波形及软件设计思想,实验表明,普通单片机可以直接驱动液晶显示器,在许多场合下此法具有较高应用价值.
光电子学 单片机 液晶显示器 偏置 占空比 optoelectronics MCU LCD bias duty cycle 在可见光波段上,采取三种角度采样间隔,对草地及类草地的人工目标主平面的BRDF特性进行了野外测量实验.实验结果显示:当太阳天顶角较大时,采用的角度采样间隔可以准确地获取草地类目标主平面的BRDF;而当太阳天顶角较小时,必须在"热点"方向附近减小角度采样间隔.实验结果对多角度遥感中角度采样间隔的选择以及减少野外BRDF测量的工作量具有现实的指导意义.
遥感 角度采样间隔 野外实验 热点 remote sensing angular sampling interval field experiments BRDF BRDF hotspot 将传感器接收到的信号TOAS(the top of the atmosphere signals)转换成反映地表目标特性的反射信号是遥感信息定量化的关键环节之一.在假定大气干扰已经被排除的条件下,由于像元之间"邻近效应"的存在,被观测目标像元的反射信号(DN值中)包含了背景地物像元散射的贡献.这种贡献的大小与背景像元的反射率值大小成正比,同时与距离目标像元的远近相关.据Carder(1995),Christopher(1998)等的研究结果,当空间分辨率大于250 m时,"邻近效应"的影响作用超过混合像元影响作用.随着卫星遥感空间分辨率和应用遥感信息定量化程度要求的提高,"邻近效应"及其校正已经开始受到遥感界的重视.近来,我们在国家自然科学基金的支持下,开展这方面的工作.介绍了我们选择北京地区Landsat5 TM数据为例,利用辐射传输模型原理,对影像中存在的"邻近效应"进行了分析和校正,试图理解"邻近效应"的一般影响特征.
遥感 "邻近效应" PSF校正 辐射传输模型 TM数据 remote sensing adjacency effect correction radiation transfer model TM data 介绍了后向散射回波与信标光到达角起伏的原理性比对实验.该实验通过对比的方法验证后向散射的到达角起伏是否可以反映大气湍流强度.实验结果验证了后向散射的到达角起伏可以反映大气湍流强度.并且分析了对比参数.
大气光学 大气湍流强度 后向散射回波 到达角起伏 atmospheric optics the atmosphere structure of refractive index Cn^2 backscattering echo angle-of-arrival fluctuation 针对OMIS I机载成像光谱数据,通过6S辐射传输码模拟计算和相应理论分析,讨论了观测角变化对传感器入瞳处辐射亮度的影响和由此引起的反射率反演误差.结果表明:在太阳反射波段,观测角的影响有很强的波段特性,大气散射作用较强的短波长波段与大气气体强吸收波段是这种影响的敏感波段;地面目标亮度不同,这种影响也是不同的,对低反射率目标影响较大,而对高反射率目标影响甚微;另外遥感器飞行高度也是决定这种影响情况的重要因素.
遥感 成像光谱数据 模拟计算 观测天顶角 反射率反演 remote sensing imaging spectrometer data simulation zenith observation angle retrieval of surface reflectance