激光偏振拉曼的CVD多晶石墨烯表征

石墨烯具有优异的物理化学性质,在MEMS器件、光电检测材料、柔性显示屏、新能源电池、复合材料等方面成为研究热点。目前大面积石墨烯制备主要依赖于化学气相沉积技术(chemical vapor deposition, CVD),但其生长的晶体质量直接影响到电化学特性和实际应用,因此需要一种快速而准确的表征方法。实验利用背向散射的偏振激光散射装置测量CVD生长的石墨烯拉曼光谱。通过分析实验获得的300 nm SiO2/Si基底上的单层、五层和十层左右的石墨烯角分辨偏振拉曼光谱,发现单层生长的石墨烯偏振特性与机械剥离单晶石墨烯一致;随着层数的增加,G峰偏振响应差异更加明显,表现出明显的椭圆特性;在不同石墨烯层数上的D峰也呈现出一定的偏振响应差异性。偏振拉曼测试结果表明目前CVD生长的缺陷和多晶特性与石墨烯层数呈现正相关特征。     

基于远程拉曼光谱的物质检测研究

设计和建立轻型远程拉曼光谱探测系统,通过时域脉冲的发射源和数字延时电路实现拉曼信号同步采集,同时采用入瞳口径为50mm的伽利略望远光路增强拉曼信号的收集效率,并对易爆物质进行3m距离检测为例进行研究。其结果显示,系统具有非常高的信噪比、高分辨锐利的特征峰和快速检测能力,能应用于危险环境的识别和预警等方面。     

微腔激光器Al和Ag电极的光电学特性研究

III-V族微腔激光器中的P型金属电极通常采用的Ti-Pt-Au的合金方式,而其中的Ti层对通信波长1 550 nm的激光具有很强的吸收,不适合在高密度光子集成器件中使用。为了代替传统的合金方式,采用二维解析法计算单一金属Al和Ag金属限制下的微腔中光学模式品质因子,发现这两种新型电极具有更小损耗。另外在实验上分别制作金属Al和Ag的电极的微腔激光器,得到与理论预测一致的测试结果。由于这两种电极价格便宜,工艺简单并与CMOS工艺相容,因此在光子集成器件中具有很高的应用前景。     

用于易燃易爆危险化学品快速识别的手机拉曼系统

危险化学品泄漏，公共场所爆炸等安全问题时刻威胁公众安全，亟需研究用于危化品现场检测的便携、快速、准确的探测装置。虽然现有的检测装置能够实现对样品的识别，但由于体积大，需要预处理，不适合现场快检。因此，提出了将拉曼系统与手机融合，使其更加便捷，便于实现对危险化学品的现场快速识别。该仪器采用了大数值孔径镜头（F/2.0）替换传统反射光谱仪中凹面反射镜（F/4.0），光学收集效率提高了近4倍，同时利用体相位全息光栅和狭缝空间耦合技术，提高了系统的灵敏度。文中利用设计的拉曼系统对10种易燃易爆危险化学样品进行光谱测试，实现了对危化品的现场检测，10种危化品与数据库的匹配系数能达到95%以上，具有快速、准确、无损的优势，对日后的安检应用领域具有重要意义。     

石墨烯锁模的全保偏光纤激光器

报道了一种基于反射式石墨烯可饱和吸收镜锁模的全保偏掺铒光纤激光器。分别使用单层和十层石墨烯作为可饱和吸收器件,通过全保偏结构,避免了外界环境对腔内偏振态的影响,获得了高稳定性、高偏振度、易自启动的锁模脉冲输出,脉冲宽度分别为697 fs和502 fs。实验表明,十层石墨烯相比于单层石墨烯能够获得更窄的脉冲宽度,更高的峰值功率,具有好的锁模效果。研究同时发现,经十层石墨烯锁模,进一步提高泵浦功率,可在全保偏光纤腔中获得重复频率62.94 MHz的二阶谐波锁模脉冲输出。并通过非线性薛定谔方程对谐波锁模产生的机理进行了分析。这种基于反射式可饱和吸收镜的全保偏锁模光纤激光器有望成为实现基频锁模与谐波锁模可切换的单偏振激光源。     

长啁啾光纤光栅传感特性分析及分布式位置识别研究

针对复杂环境下传统位置传感器易受电磁干扰、复合材料兼容性差等缺点提出了基于长啁啾光纤光栅的分布式位置传感系统。通过对长啁啾光纤光栅传感原理的理论分析,得到其反射谱与作用力位置之间的关系,利用相关匹配算法对长啁啾光纤光栅的特征谱序列进行解调,并搭建了基于长啁啾光纤光栅分布式位置识别测试系统。试验结果表明:在0-300mm范围内,其位置传感监测曲线的线性相关系数大于99.98%;与标准位置测试数据进行对比,其误差低于±1mm。该传感方法适用于复杂环境下位置传感系统的分布式测量,具有较高的参考意义和实际应用价值。     

用于复合材料蒙皮的FBG正交传感网络研究

为了实现对复合材料蒙皮的结构健康监测与损伤识别,本文在对光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器理论分析的基础上,结合CFRP材料特性和波分复用技术设计了一种由16个FBG传感器构成的光纤光栅正交传感网络布局,对碳纤维复合材料(CFRP)蒙皮进行相关准分布式传感网络研究。通过对复合材料中心位置进行逐级加载实验,并提取中心波长漂移量做相关性分析,证明了正交对称FBG传感网络对CFRP蒙皮进行结构健康监测的可行性,同时对称布局位置处的FBG传感器信号具有高度相关性质,相关系数可高达0.9996。实验结果为进一步研究准分布式FBG网络的位置布局优化以及传感网络的可靠性冗余设计提供了依据。     

远程激光拉曼光谱探测系统前置光学系统设计

为实现远程物质高空间分辨力的拉曼光谱探测,设计了共孔径远程激光拉曼光谱探测系统的前置光学系统。光学系统采用共孔径结构,实现了激光发射系统、拉曼光收集系统及微区成像系统的共孔径、共光轴。设计的光学系统能够对激光进行聚焦以缩小激光光斑尺寸,使系统具有优于0.125 mrad的空间分辨率。该拉曼光收集透镜有效通光口径为50 mm,拉曼散射光在耦合透镜焦平面上的像高小于25m,可以与50m狭缝宽度的光谱仪进行空间光耦合,也可使用50m芯径的光纤来耦合光学系统与光谱仪。该系统可用于远距离物质的激光聚焦、拉曼光谱探测及微区成像。     

基于Kolmogorov-Smirnov检验的远程拉曼光谱寻峰算法

远程拉曼系统已经开始用于深空物质检测,要求远程拉曼系统具有小型化,抗辐射和低功耗等特点。为了解决通过降低激光脉冲能量来实现低功耗情况下,拉曼信号信噪比降低的问题,提出了一种新的拉曼光谱寻峰算法,根据远程拉曼特点,采用统计学中Kolmogorov-Smirnov检验作为寻峰方法,以此提高拉曼光谱的信噪比。为此建立了一个远程拉曼系统,实验中使用的激光脉冲能量为3 m J,检测距离为3.15 m。通过对设定的参数进行检验,验证了基于Kolmogorov-Smirnov检验的远程拉曼光谱寻峰算法的准确性和普适性。     

边界元积分法分析椭圆模式和远场特性

近年来各种兼具高品质因子和定向输出的变形微纳谐振腔得到广泛研究,主要是可以用在光电集成的极低阈值激光器中。通过边界元方法计算了从圆到椭圆变形过程即中模场,品质因子以及远场特性的随短半轴变化,模拟结果表明椭圆曲率越大,模式的品质因子逐渐下降,而模场由回音壁模式逐渐向法玻腔模式转化,但是在转变过程中出现因模式耦合效应导致模式品质因子的异常改变,远场出现被调制的现象,该机理为实现定向输出并且高Q值的激光器提供新的设计思路。