我首台大气二氧化碳探测拉曼激光雷达研制成功填补我国大气二氧化碳空间分布探测技术空白

<正>由中科院安徽光学精密机械研究所承担的中科院重点装备"二氧化碳拉曼激光雷达"不久前研制成功,并通过中科院组织的专家组验收。二氧化碳拉曼激光雷达系统是我国第一台具有自主知识产权的探测大气温室气体二氧化碳时空分布的激光雷达系统,能够全方位探测大气二氧化碳浓度距离分布。二氧化碳拉曼激光雷达与二氧化碳分析仪观测结果表明具有很好的一致性。该系统探测范围水平方向大于2000m,垂直方向大于3000m,探测分辨力30m,探测精度(方差)在1000m范围内优于1%,在3000m范围内优于3%。专家组对激光雷达     

980nm半导体激光器双布拉格光纤光栅波长锁定器

提出了优化由两个均匀布拉格光纤光栅组成的980nm半导体激光器波长锁定器的方法以满足光纤放大器对半导体激光器的性能要求。运用耦合模理论推导了双布拉格光纤光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式和波长锁定器增益方程。研究了两光栅之间的距离、光栅到激光器前端面的距离、光栅折射率、光栅折射率周期、光栅栅长和温度对激光器增益曲线的影响,并通过优化这些参数来达到最佳的锁模性能。测量了带双FBG波长锁定器的非致冷半导体激光器的输出光谱和出纤功率。实验结果表明:高功率非致冷980nm半导体激光器在0～70℃时的波长漂移为0.5nm,边模抑制比达45dB以上,半峰值全宽度1nm。经优化设计的980nm半导体激光器FBG波长锁定器可满足光纤放大器对非致冷半导体激光器大功率、长寿命、高可靠性、小尺寸等性能的要求。     

差分吸收式甲烷气体传感系统的研究

为了补偿甲烷传感系统的非传感因素引起的误差，设计了基于差分吸收技术的光纤传感系统。系统以廉价的1.33μm波段的LED为光源，利用旋转双波长滤光片进行波长切换，用单光路实现差分吸收检测，完全消除了双光路系统中双光路的差异和双光电探测器件的漂移等引起的误差。理论和实验证明，这些措施有效地提高了系统的灵敏度和稳定性。     

首台白光激光雷达研制成功

由中科院武汉物理与数学研究所研制的我国首台“白光激光雷达装置”通过验收。据悉,白光激光雷达装置打开了一条遥感探测大气的新途径。白光激光雷达是激光雷达的一个重要新兴领域,它利用高功率飞秒激光在大气传输中产生的超连续光谱辐射效应实现对大气介质宽光谱范围的空间分辨遥感探测。白光激光雷达相对传统激光雷达具有宽的光谱探测能力。     

K2Cr2O7溶液红移现象研究

通过对酒石酸钾为溶剂的K2C r2O7溶液在不同浓度下的圆二向色性进行测试,显示出该溶液对波长在500nm-700nm范围内的光表现出明显的圆二向色性,而且其圆二向色性随溶液浓度的降低而减弱,同时也发现该溶液的最大吸收波长出现红移现象,波长漂移量可达5.5nm。     

3.53μm激光外差太阳光谱测量系统

激光外差技术具有高光谱分辨率特性,常用于地球大气探测研究,尤其是测量整层大气透过率及气体浓度反演。本论文设计了以窄线宽3.53μm分布反馈式带间级联激光器作为本振光源的激光外差系统,实现了整层大气中水汽和甲烷气体吸收光谱的测量,系统光谱分辨率达到0.002cm-1,信噪比为24.9dB,达到多普勒线型吸收谱线的测量要求。利用自行搭建的测量系统测量了3.53μm波段整层大气透过率,与辐射传输软件仿真分析结果进行对比,其绝对差值小于0.1,实测透过率与仿真透过率具有相同的变化趋势。该系统结合最小二乘法实现了实际大气中水汽和甲烷的同步反演,合肥地区春季水汽和甲烷的柱浓度均值分别为1.20g/cm2和1.31mg/cm2。通过对3.53μm激光外差太阳光谱测量系统的研究,掌握了调提高光谱分辨率和信噪比的方法,为获取大气分子更加准确的吸收谱线和气体浓度反演奠定了基础。     

三维成像激光雷达应用的亚纳秒激光器研究进展

激光雷达具有高分辨率和测量精度、体积小和数据率高等特点,已经成为地面三维成像和大气探测的主要技术手段之一。微脉冲激光雷达技术可以实现对目标的准连续测量,有效地降低了激光雷达的体积和功耗,对于推动激光雷达在航空航天领域的应用具有重要意义。本文针对微脉冲激光雷达应用的高重复频率亚纳秒激光器进行了综述,对比和讨论了亚纳秒激光器不同产生方式的特点和发展现状,并对亚纳秒激光器的未来发展做了展望。     

气体受激拉曼散射系统的分析与优化

为了优化气体受激拉曼散射系统,采用理论与实验相结合的方法,对气体受激拉曼散射现象进行了研究。根据受激拉曼基本理论计算了CH_4和D_2在不同气压下的拉曼增益系数,然后采用输出能量为70mJ的Nd∶YAG三倍频355nm激光进行了受激拉曼散射实验,测量了在拉曼池气体气压为1×105～2×10~6 Pa,焦距分别为500,750mm下的斯托克斯光的输出能量。发现CH_4拉曼增益系数随气体压力升高而增大;D_2拉曼增益系数在1×10~6 Pa左右达到最大值,之后不随气压升高而改变。实验结果表明,在气体受激拉曼装置中,合理选择拉曼池气体气压和耦合聚焦透镜的焦距,即甲烷气体系统选择长焦距高气压,氘气系统选择长焦距低气压。理论计算与实验结果基本一致,此研究对NO_2差分吸收激光雷达光源系统的优化有着很重要的作用。     

空间外差光谱仪的平场波长定标实验与数据处理

空间外差光谱技术综合了光栅衍射与空间调制干涉两种技术特点.由于干涉仪胶合与光栅刻划过程中存在误差,使得系统平场与理论设计值存在偏差.本文探讨了空间外差光谱仪系统平场定标的原理,通过干涉条纹频率公式推导出了系统平场定标的基本公式,设计了可调谐激光导人消散斑积分球定标方法及定标装置.针对中科院安徽光机所研制的用于大气CO2精细吸收光谱(1 575 nm吸收带)探测的空间外差光谱仪样机开展了平场定标实验.定标结果表明,仪器的实际平场波长比理论设计值向短波方向漂移了约0.05 nm,满足仪器设计要求.     

852 nm半导体激光器量子阱设计与外延生长

设计并外延生长了具有高温度稳定性的InAlGaAs/AlGaAs应变量子阱激光器,用于解决852 nm半导体激光器在高温环境下工作时的波长漂移问题.基于理论模型,计算并模拟对比了InAlGaAs,InGaAsP,InGaAs和GaAs量子阱的增益及其增益峰值波长随温度的漂移,结果显示,采用In0.15Al0.11Ga0.74As作为852 nm半导体激光器的量子阱可以使器件同时具有较高的增益峰值和良好的波长温漂稳定性.使用金属有机化合物气相淀积(MOCVD)外延生长了In0.15Al0.11Ga0.74As/Al03Ga07As有源区,通过反射各向异性谱(RAS)在线监测和PL谱研究了InAlGaAs/AlGaAs界面的外延质量,实验证明了通过降低生长温度和在InAlGaAs/AlGaAs界面处使用中断时间,可以有效抑制In析出,从而获得InAlGaAs/AlGaAs陡峭界面.最后,采用优化后的外延生长条件,研制出了InAlGaAs/AlGaAs应变量子阱激光器.实验测试结果显示,其光谱半高宽为1.1 nm,斜率效率为0.64 W/A,激射波长随温度漂移为0.256 nm/K.理论计算结果与实验测试结果相吻合,证明器件性能满足在高温环境下工作的要求.     

激光吸收光谱技术在工业生产过程及安全预警标识性气体监测中的应用

鉴于常规的标识性气体监测方法在响应速度、测量精度、使用寿命、实时性、监测目标种类、测量范围和应用场合等方面相比激光吸收光谱技术存在不足,本文以可调谐半导体激光吸收光谱技术为依托,选取合适的无干扰激光吸收谱线,阐述了工业管道抽取式、管道原位在线对射式、扩散探头式(全量程激光监测一体机形式与多点无源传感器探头形式)、无组织排放开放光路式等多种形式的监测方法。上述系统的测量结果显示:抽取式可实现CO、CO2、O2等不同多组分气体的同时测量;管道对射式实现了O2及10μL/L以下CO的高精度在线测量;探头式则以CH4测量为例实现了响应时间T90=15s,监测极限小于150μL/L,泄漏报警准确率达100%;开放光路形式以天然气集气站场测量CH4、C2H2、C2H4三种气体为例实现了0误报的监测能力。上述分析结果表明,TDLAS技术应用于工矿安全生产及安全预警方面的标识性气体监测是完全实用、有效、准确、可靠的。     

Note: study of extreme ultraviolet and soft x-ray emission of metal targets produced by laser-plasma-interaction

Different metal targets were investigated as possible source material for tailored laser-produced plasma-sources. In the wavelength range from 1 to 20 nm, x-ray spectra were collected with a calibrated spectrometer with a resolution of λ/Δλ = 150 at 1 nm up to λ/Δλ = 1100 at 15 nm. Intense line emission features of highly ionized species as well as continuum-like spectra from unresolved transitions are presented. With this knowledge, the optimal target material can be identified for the envisioned application of the source in x-ray spectrometry on the high energy side of the spectra at about 1 keV. This energy is aimed for because 1 keV-radiation is ideally suited for L-shell x-ray spectroscopy with nm-depth resolution.     

Yb∶LuScO_3晶体的超精密光学加工及其激光性能

Yb∶LuScO_3晶体作为固体激光器的新型增益介质,其面形和表面质量严重影响激光器的光束质量,因此探索Yb∶LuScO_3晶体的超精度光学加工工艺参数具有重要意义。本文系统开展了Yb∶LuScO_3晶体超精密光学加工的工艺参数研究,针对Yb∶LuScO_3晶体在加工过程中容易破裂和表面质量较差的问题,提出了拼接上盘和树脂铜盘抛光垫的关键技术。首先,使用COMSOL Multiphysics有限元软件对拼接工艺中选取的不同保护垫料的应力进行仿真。接着,研磨阶段逐步减小B_4C磨料的粒径。然后,粗糙阶段使用树脂铜盘作为抛光垫,并对树脂铜盘抛光垫的作用进行了分析。最后,使用激光二极管泵浦加工好的样品进行激光输出实验。实验结果表明:基于该技术加工后的晶体表面粗糙度RMS=0.296 nm,面形精度PV=53 nm。在1 086 nm处获得了8.3 W的连续激光输出,斜效率为58%。该加工方法可以广泛应用于Yb∶LuScO_3晶体的高精度加工。     

U型迁移谱分析器中调控漂移气体组分的效果研究

离子迁移谱-质谱联用技术已经逐渐成为对复杂混合物进行源后分离、分析的重要手段。在离子迁移谱中,漂移气体的选择或组分配比（N₂、He、CO₂等）通常会对不同类别化合物的分离度以及不同质量范围的离子通率产生影响。U型迁移谱分析器（UMA） 是一种基于逆流迁移谱分析方法的独特离子迁移谱装置,特定迁移率离子可以在电场和气流的共同作用下得到精确分选。UMA具有独立的漂移气体快速进入及脱离通道,可以实时有效地完成精确调节漂移气体组分的任务。本工作研究了在UMA中使用多种漂移气体种类及不同成分配比对系统灵敏度、分离能力以及分析速度的影响,同时探讨了在单次采集过程中动态调整气体成分的可能性和优势。     

基于Yb∶YAG/Cr~(4+)∶YAG/YAG键合晶体的被动调Q激光器

为了研究键合晶体在被动调Q激光器上的应用优势,采用Yb∶YAG/Cr~(4+)∶YAG/YAG键合晶体搭建了紧凑的端面泵浦被动调Q激光器,获得了高效的1 030nm和515nm脉冲激光。实验研究了泵浦功率和初始透过率T0对各项激光性能的影响,结果在T0=95%时得到了平均功率为1.97 W的1 030nm激光,对应33%的斜效率,而当T0=85%时输出的1 030nm脉冲峰值功率高达87kW,脉冲宽度低至3.14ns。另外在与LBO的倍频实验中,用T0=90%的键合晶体获得了较高的绿光输出功率634mW,对应11.2%的斜效率和15ns的脉冲宽度。最后还研究了光谱的红移和输出镜的漏光现象,找出进一步提高绿光功率的方法。     

High-resolution confocal microscopy using synchrotron radiation

A confocal scanning light microscope coupled to the Daresbury Synchrotron Radiation Source is described. The broad spectrum of synchrotron radiation and the application of achromatic quartz/CaF₂ optics allows for confocal imaging over the wavelength range 200–700 nm. This includes UV light, which is particularly suitable for high-resolution imaging. The results of test measurements using 290-nm light indicate that a lateral resolution better than 100 nm is obtained. An additional advantage of the white synchrotron radiation is that the excitation wavelength can be chosen to match the absorption band of any fluorescent dye. The availability of UV light for confocal microscopy enables studies of naturally occurring fluorophores. The potential applications of the microscope are illustrated by the real-time imaging of hormone traffic using the naturally occurring oestrogen coumestrol. (The IUPAC name for coumestrol is 3,9-dihydroxy-6H-benzofuro[3,2-c][1]benzopyran-6-one ( Chem. Abstr. Reg. No . 479-13-0). The trivial name will be used throughout this paper.)     

基于双通道可调F-P干涉仪的机载测风激光雷达系统的鉴频器

利用双通道可调Fabry-Perot干涉仪作为机载测风激光雷达系统的鉴频器。该鉴频器可以克服现有测风雷达测速范围小的缺点,能够根据相对风速变化调整干涉仪的腔长,从而达到调整干涉仪透射谱中心频率的目的,从而间接实现测速范围动态可调,扩大测速范围的目的。采用此鉴频器可以实时测量飞行器与大气的相对风速。文中详述了测速原理和鉴频器结构,并给出机载雷达的系统参数,分析了系统的测量误差,结果表明:探测累积时间1s,测速范围为0~1000m/s时,探测高度可达30km,系统测量误差小于5m/s。     

有机溶剂对α-萘乙酸无保护性流体室温磷光性质的影响

在无保护性介质存在下,仅以Na_2SO_3作化学除氧剂,用KI或TlNO_3作重原子微扰剂,就能直接诱导α-萘乙酸(α-NAA)水溶液强而稳定的流体室温磷光(RTP)发射。磷光峰位波长λ_(ex)/λ_(em)分别为281/495,522nm和289/492,521nm。当体系中引入少量有机溶剂时,体系RTP强度,达到稳定所需的光诱导时间及重原子微扰剂的选择都受到较大影响。在维持乙醇或乙腈含量<1％条件下,用KI作重原子时,α-NAA的分析曲线线性范围为6.0×10~(-7)～1.6×10~(-5)mol/L和1.6×10~(-5)～8.0×10~(-5)mol/L,相关系数分别为0.999和0.997,检出限为3.6×10~(-8)mol/L。用TlNO_3作重原子时,分析曲线线性范围为6.0×10~(-7)～4.0×10~(-5)mol/L,相关系数为0.997,检出限为4.3×10~(-8)mol/L。     

不同氧化剂对6H-SiC化学机械抛光的影响

选用胶体SiO₂纳米颗粒为磨粒,研究不同pH值条件下高锰酸钾和双氧水两种氧化剂对6H-SiC晶片化学机械抛光的影响,并使用原子力显微镜观察抛光后表面质量。采用Zeta电位分析仪分析溶液中胶体SiO₂颗粒的Zeta电位,采用X射线光电子能谱分析SiC抛光表面元素及其化学状态。结果表明：SiC晶片的材料去除率随pH值变化而变化,采用高猛酸钾抛光液抛光时,材料去除率在pH 6时达到峰值185 nm/h,R_a为0.25 nm;采用双氧水抛光液抛光时,材料去除率在pH 8时达到峰值110 nm/h,R_a为0.32 nm。pH值低于5时,电负性的SiO₂颗粒会通过静电作用吸附在带正电的SiC表面,抑制SiC晶片表面原子的氧化及去除,降低材料去除率;pH值高于5时,SiO₂颗粒在双氧水抛光液中的静电排斥力弱于高锰酸钾抛光液中静电排斥力,从而影响了SiO₂颗粒的分散性能,降低了抛光效果。采用高锰酸钾抛光液抛光后,SiC晶片表面的Si-C氧化产物含量（Si-C-O、Si₄C_4-xO₂和Si₄C₄O₄）较高,高锰酸钾抛光液的氧化能力较强。     

Relationship between the thickness of β-FeSi2 thin film and the solar photo wavelength

The β-FeSi2 thin film has been applied in the research field of the solar cell,and the thickness of β-FeSi2 absorption layer was chosen through the experiments.However,Up to now neither the optimal thi...