混沌激光调制实现二次谐波系统混沌反控制与混沌同步

提出了利用混沌激光调制实现二次谐波系统混沌同步的方法。利用混沌激光调制泵浦场,选择合适的调制强度,可以将二次谐波系统从周期态控制到混沌态,实现光学二次谐波系统的混沌反控制。数值分析结果表明,如果两个或多个二次谐波系统的泵浦场同时被混沌激光信号调制,这些系统尽管初始条件不同,在确定的参数范围内,通过调整调制强度,可以实现两个或多个二次谐波系统混沌同步。即可以利用混沌激光调制泵浦场也可以通过调制二次谐波系统调谐参数来实现光学二次谐波系统的混沌反控制与同步,并对混沌激光调制结果与周期信号调制结果进行了比较。光学二次谐波系统的混沌反控制与同步对混沌的保密通讯研究有着一定的参考价值。     

基于数字信号处理器的激光光谱瓦斯监测系统

利用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,选择不受干扰的1653.72nm波长处的吸收线监测煤矿瓦斯浓度,并结合了高性能的数字信号处理器(DSP)和二次谐波检测技术,进一步降低了检测限,使检测限低于0.074mg/m3,实现了对瓦斯浓度高稳定性和高灵敏度的实时测量。     

基于光谱吸收和谐波检测的瓦斯浓度测量技术

提出了一种基于瓦斯特征光谱吸收特性和二次谐波检测原理的煤矿瓦斯监测方法,从理论上论证了该方法的可行性,并进行了实验验证.以分布反馈(DFB)激光器做光源,使用正弦信号对激光器输出的激光频率进行调制,激光通过瓦斯密闭气室后,由光电探测器探测,对所得到的信号使用二次谐波技术处理后,得到密闭气室中的瓦斯浓度,结果与实际浓度吻合.最后对影响实验检测分辨率的因素进行了分析.结果表明:该技术实现了完全非接触在线自动检测,能够满足煤矿瓦斯安全检测的要求.     

可调谐激光吸收光谱光纤甲烷传感器研究

甲烷光谱吸收与气室温度有关,结合甲烷波长1 653.72nm附近2v3带R(3)支的3条吸收线,分析温度波动对甲烷吸收线的谱线特性及气体浓度反演产生的影响.基于可调谐二极管激光吸收光谱设计了一套带温度信号采集装置的甲烷浓度检测系统,利用校准系数将不同温度下检测得到的二次谐波信号转化为参考温度下的标准信号,反演待测气体浓...     

基于光谱吸收和谐波检测的瓦斯浓度测量技术

提出了一种基于瓦斯特征光谱吸收特性和二次谐波检测原理的煤矿瓦斯监测方法,从理论上论证了该方法的可行性,并进行了实验验证，以分布反馈（DFB）激光器做光源,使用正弦信号对激光器输出的激光频率进行调制,激光通过瓦斯密闭气室后,由光电探测器探测,对所得到的信号使用二次谐波技术处理后,得到密闭气室中的瓦斯浓度,结果与实际浓度吻合，最后对影响实验检测分辨率的因素进行了分析，结果表明：该技术实现了完全非接触在线自动检测,能够满足煤矿瓦斯安全检测的要求。     

光学二次谐波的最大Lyapunov指数分析

分析了激光场注入法白腔中产生二次谐波的输出特性,研究了几种形式的外调制场和在不同贩占空比情况下对系统二次谐波输出稳定性的影响,给出系统谐波输出依赖于调制场参数的最大小Ｌｙａｐｕｎｏｖ（ＭＬＥ）分析曲线。结果表明,输入基波场不仅在强度和调制周期上而且在波形上都可影响二次谐波的稳定性和混沌行为。     

基于波长调制光谱提高光子计数的信噪比

光子计数广泛应用于微弱光信号检测中,而光子计数的Poisson统计特性导致光子计数的散粒噪声为√N.为了提高光子计数光谱信噪比,采用了波长调制法,即将波长调制的连续激光通过声光调制器的通断控制转化为弱激光脉冲,探测到的光子计数值经过数模转换后,由锁相放大器进行解调.实验中,光子计数荧光光谱来自于Cs原子的D2线6P3/2→6S1/2(F=4)跃迁,荧光光子被探测到的概率为35%.测量结果表明:对二次谐波获得了最大为51 dB的信噪改善比,残余噪声为7.54μV,最小可探测光子数约为3×10-4光子/脉冲.相关研究可应用于单分子及冷分子高分辨光谱的测量.     

新型有机非线性光学材料的制备及性能研究

合成了一种新型含呋喃共轭桥的有机二阶非线性光学生色团分子,用IR、1H-NMR和元素分析表征了其结构。热失重分析(TGA)结果表明,化合物的热分解温度为272℃。利用溶致变色法对材料的超极化率μβ值进行了测量,在1 064 nm激光波长下,材料的μgβ值达24 898×10-48esu。将材料作为客体掺杂于聚砜(PSU)中,用旋涂成膜法制成薄膜,对薄膜进行电晕极化后用二次谐波法(SHG)测量其二阶非线性光学系数d33,在激光基频波长为1 064 nm时,测得d33=70 pm/V。     

光谱吸收式全量程甲烷检测技术的研究

可调谐半导体激光吸收光谱(TDJAS)技术利用半导体激光器波长调谐特性,获得被测气体的特征吸收光谱范围内的吸收光谱,结合波长调制技术实现二次谐波探测,从而对气体浓度进行定性或者定量分析.这种方法不仅精度较高,选择性强而且响应速度快.基于这种技术,进行全量程光纤式甲烷气体监测方法的研究,根据被测气体的浓度变化,通过改变光源温度来选择合适的中心波长,从而实现全量程高分辨率的甲烷气体浓度实时检测.实验表明该系统具有很高的检测灵敏度、精度、分辨率和稳定性.     

具有频率自适应改进的FBD谐波检测方法的研究

针对传统FBD检测方法中锁相环引起的误差和延时问题,研究了一种改进的无锁相环的FBD谐波检测方法。该方法采用正弦幅值积分器代替锁相环,在αβ坐标系下对电网电压的幅值进行积分,得到与基波电压正序分量同步的信号,进而检测谐波分量。同时,为了避免电网频率波动对谐波检测精度的影响,通过引入锁频环,构造了频率自适应环节。与传统方法相比,该方法结构简单,动态响应快。仿真实验表明,当电网电压不对称或频率波动时,该方法可以准确、快速地检测出谐波电流分量。     

Experimental investigation of nonlinear process based on cSHG/DFG in PPLN waveguide

Effects of second harmonic generation (SHG) and cascaded second harmonic generation/difference frequency generation(cSHG/DFG) based on the quasi-phase-matching (QPM) condition in periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide were investigated experimentally. SHG conversion efficiency of-13.6 dB and QPM bandwidth of 0.45 nm were achieved using a 16.1 dBm power of fundamental wave at 1550.4 nm. Using pulsed all-fiber passive mode locked laser and tunable continuous wave laser,cSHG/DFG effect utilized for optical sampling was observed. Conversion efficiencies were calculated, and 11.88 nm-wide QPM bandwidth was achieved through changing the wavelength of input signal. Conversion efficiency of cSHG/DFG effect increased linearly with the total injected power.     

调频光外差谐波稳频

调制光经过样品池后入射到探测器上,得到光电流信号．采用谐波解调技术,得到相应的谐波信号,以该信号作为鉴频信号稳频．从理论上推导了调频光外差谐波碘稳频的信号公式,模拟出三次谐波的信号线型,并讨论调制频率的合适选取．     

基于激光吸收光谱的水泥工业废气检测方法

可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术具有灵敏度高、选择性强、响应快速等特点。利用中心波长为1579nm的光通信波段光纤耦合近红外分布反馈（DFB）式半导体激光器,结合波长调制技术,建立了基于TDLAS的水泥工业废气实时检测实验装置。通过波长调谐使激光波长同时覆盖CO和C02的吸收线,实现对这两种成分的同时检测。CO和CO2的最低检测浓度可达4×10-5（体积分数）,满足对水泥工业废气的检测要求。     

准相位匹配技术的谐波加强效率研究

讨论了准相位匹配(QPM)技术中的非线性光频转换谐波振幅方程和谐波转换效率.从振幅耦合波基本方程出发,考虑QPM晶体的非线性极化率的周期性调制特点,推导出理想情况下的谐波振幅,以及畴反转结构存在误差时的谐波振幅方程.与双折射相位匹配技术相比,在QPM技术中若利用晶体中最大的非线性光学系数,则有较高的转换效率,对于KTP晶体,二次谐波转换效率比值可达到10.2,对于LiNbO3晶体转换效率比值可达到20.该理论研究定量说明在QPM技术中有较高的非线性光频转换效率.     

High harmonic exploring on different materials in dynamic atomic force microscopy

In atomic force microscopy(AFM), high-frequency components consisted in dynamic tip-sample interaction have been recently demonstrated as a promising technique for exploring more extensive material properties. Here we present an exploratory study of high harmonic atomic force microscopy by force-spectroscopy and high harmonic imaging. Since these components are very weak compared to the fundamental response, we firstly designed a high harmonic cantilever by tuning the second order flexural resonance frequency to an integer 6 times of its fundamental mode(i.e. ω_2=6ω_1). Moreover, it is verified that high harmonic can discern extra features than topographies on different samples with amplitude/frequency modulation(AM/FM) dynamic AFM mode. In AM mode, the first resonance amplitude and 6 th harmonic amplitude were discussed. The 6 th harmonic is more sensitive than the first order response. In FM mode, it is noted that the decaying rate of the 6 th harmonic frequency is approximately 6 multiples to the slope of the fundamental frequency shift when the tip approaches to the surface of sample. This non-destructive method was also adopted to investigate the local interlayer coupling and intercalation in the two-dimensional graphene films tentatively.     

激光外差干涉非线性误差的测量方法

为了调整激光外差干涉光路中的光学元件,减小或抑制测量非线性误差,研究了非线性误差测量的机理和方法.基于对激光外差干涉测量信号的频谱分析,提出了非线性误差的测量方法.根据建立的非线性误差与测量信号幅度之间的模型,计算出非线性误差一次谐波和二次谐波的大小,实现非线性误差的精确测量.实验结果表明,该方法可以有效地测量激光外差干涉的非线性误差.     

二倍频调制对开环光纤陀螺工作特性的影响

开环光纤陀螺(FOG)常使用压电陶瓷(PZT)实现非互易性相位偏置,但相位调制中的非线性会造成工作点不稳定和Sagnac相位解调误差。本文对PZT二倍频调制和相位延迟导致的寄生调制信号进行了理论分析,进而提出在小角度Sagnac相移输入时利用二、四次谐波监控工作点,在Sagnac相移逐渐变大时利用一、三次谐波监控工作点;同时对比了相位延迟角为0°和90°所引起的工作点不稳定,采用较大相位延迟角可将工作点绝对误差降低到10-5水平,相位解调误差降低到10-5rad水平。     

利用随机中心位置调制抑制逆变器的电磁干扰

针对电动汽车逆变器所产生的电磁干扰问题,提出了一种利用随机中心位置调制抑制逆变器的电磁干扰方法。该方法在七段对称法调制的基础上,将脉冲的中心位置在调制周期中左右移动,在一定的范围内随机地改变脉冲作用时刻,从而实现随机中心位置调制;利用Matlab/Simulink搭建了永磁同步电动机矢量控制仿真模型。仿真结果表明,与单一的七段对称法相比,随机中心位置调制可以有效地减小载波频率及载波倍次频率处的谐波幅值,从而减少逆变器对外的电磁辐射干扰。     

外差激光干涉仪周期非线性误差形成机理与补偿方法

针对纳米级周期非线性误差制约外差激光干涉仪使其不能适应下一代超精密装备制造与重大科学工程提出的亚纳米乃至皮米测量精度需求的问题,分析了外差激光干涉仪中两类周期非线性误差的形成机理,并对周期非线性误差的补偿方法进行了研究.结果表明:第1类周期非线性误差是由于双频激光不能完全分离引起双频激光交叉混叠,进而导致的周期非线性误差,该误差幅度可从数纳米到数十纳米;第2类周期非线性误差是由于测量光束在光学界面产生了具有多阶多普勒频移特征的虚反射光束,进而引入的周期非线性误差,该误差幅度可从数皮米至数纳米.对于第1类周期非线性误差,现有误差补偿方法,如椭圆拟合法等,可将其抑制至0.1 nm量级,特别是空间分离式外差激光干涉仪则从原理上完全消除了这一类误差;而对于第2类误差,通过降低虚反射率和空间滤波可以将第2类误差降低至数十皮米到数百皮米,剩余误差尚不能完全满足皮米测量的精度需求, 亟待发明新的误差抑制或补偿技术.