表面热透镜与光热失调技术测量光学薄膜吸收的灵敏度比较

在理论分析优化的基础上,以BK7玻璃和石英为基底的高反射光学薄膜为样品,采用强度调制的连续激光作为激励光源,实验研究了表面热透镜(STL)技术和光热失调(PTDT)技术的信号幅值随激励光调制频率的变化关系,分析比较了这两种方法在测量光学薄膜吸收损耗方面的灵敏度.实验表明,光热失调技术具有构型优化简单、实验操作难度低和测量空间分辨率高等优点,对于具有较高反射率温度系数的高反射膜等样品,采用光热失调技术有利于提高薄膜吸收损耗测量的灵敏度.实验结果与理论分析基本一致.     

采用光热失调技术的光学薄膜吸收均匀性测量系统

由于大口径光学薄膜的应用越来越广泛,其吸收损耗的均匀性测量越来越重要。文中首次根据光热失调技术的基本原理,使用Visual Basic 6.0 编写控制程序,搭建一套采用连续激光作为加热光源的光热失调技术的实验系统,实现了样品表面各点光热信号的自动采集与处理,并根据测量结果绘制出用于相对吸收均匀性研究的图像。结果表明该实验系统实现了自动控制,运行稳定、测量准确,能够用于光学薄膜相对吸收均匀性的分析。该系统的建立为光热失调技术的进一步应用提供了实验基础。     

光斑尺寸对光热失调技术测量光学薄膜吸收的影响

样品表面加热光斑和探测光斑的大小对光热技术有着重要影响,光热失调技术是一种新的可用于研究光学薄膜的微弱吸收的方法,文章理论分析了加热光斑和探测光斑尺寸对光热失调技术的影响.研究表明,加热光斑大小不变时,加热光调制频率增大,样品表面温升降低,温度分布区域减小;调制频率不变时,加热光斑越小,表面温升越大,分布区域越小.调制频率不变时,探测光斑越小,信号幅值越大,分布区域越小,信号幅值与加热光功率的线性关系的斜率越大,探测光斑的大小对信号幅频关系影响较小.研究结果对光热失调技术测量光学薄膜吸收具有重要意义.     

光热失调技术的实验研究

光热失调技术是利用光学薄膜反射或透射光谱的温度效应研究薄膜吸收的一种新方法,是光热技术的一种.以BK7玻璃为衬底的高反射膜为样品,以连续激光为加热光源,实验研究了该方法反射和透射探测方式,以及加热光束入射角度对光热信号的影响,得出反射和透射光热信号相位相反,加热光束入射角对光热信号的影响较小,进一步验证了光热失调技术测...     

光电信号接收器尺寸对光学薄膜弱吸收测量的影响

基于表面热透镜技术搭建了光学薄膜弱吸收测量系统,使用不同功率的抽运光辐照样品,并通过光束质量分析仪记录经样品表面反射后的探测光强度的空间分布,以探测光强度最强点所对应的像素坐标为中心两边对称取多个像素点表示不同尺寸的接收器,从而分析不同尺寸光电信号接收器得到的光热信号强度。结果表明,随着接收器尺寸的增加,探测面积覆盖范围超过探测光束峰值区域,得到的光热信号与抽运光功率的比值逐渐偏离线性,从而引入的测量误差也就增大。因此,实际测量中应在保证测量极限的前提下尽量缩小探测器尺寸以提高测量的准确度。     

LD抽运Cr4+:YAG被动调Q c-cut Nd:YVO4自拉曼激光器

对激光二极管(LD)抽运的Cr4+:YAG被动调Q c-cut Nd:YVO4自拉曼激光器进行了实验研究。通过采用不同初始透射率的Cr4+:YAG和不同反射率的输出镜进行实验,研究了初始透射率和反射率对拉曼光输出特性的影响。测量了拉曼光的平均输出功率、脉冲重复频率和脉冲宽度随抽运功率的变化。在抽运功率为4.8 W时,拉曼光的最高平均功率为370mW,相应的光-光转换效率为7.7%。实验中得到了亚纳秒级的拉曼光输出,最高单脉冲能量为54μJ,最高峰值功率为47kW。     

GaAs吸收衬底生长的立方相GaN发光二极管的工艺设计与实现

利用光学薄膜原理,计算了采用晶片键合技术来提高以GaAs为衬底的立方相GaN的出光效率的理论可行性.以Ni为粘附层,Ag为反射层的Ni/Ag/Au薄膜体系可以使立方GaN的出光效率从理论上提高2.65倍左右.实验结果证实,利用键合方法实现的以Ni/Ag/Au作为反射膜的样品的光反射率比未做键合的GaN/GaAs样品的光反射率在理论计算的459.2nm处提高了2.4倍.     

GaAs吸收衬底生长的立方相GaN发光二极管的工艺设计与实现

利用光学薄膜原理,计算了采用晶片键合技术来提高以GaAs为衬底的立方相GaN的出光效率的理论可行性.以Ni为粘附层,Ag为反射层的Ni/Ag/Au薄膜体系可以使立方GaN的出光效率从理论上提高2.65倍左右.实验结果证实,利用键合方法实现的以Ni/Ag/Au作为反射膜的样品的光反射率比未做键合的GaN/GaAs样品的光反射率在理论计算的459.2nm处提高了2.4倍.     

复合型金属网栅耦合输出镜

复合型金属网栅耦合输出镜是大功率光泵THz激光器的关键元器件之一,对激光器的输出功率和光束质量至关重要.研究完善了复合型金属网栅耦合输出镜的理论模型,提出反射率,透射率和损耗的计算和评估方法.设计并制作出2.52 THz波段,反射率透射率为(70%/11%)和(87%/4%)的两种耦合输出镜,对CO2泵浦激光的反射率达95%以上.为大功率光泵THz激光器的开发提供了理论和技术支持.     

一种新的光热干涉探测技术

提出了一种以样品前后表面反射的探测光束在远场形成干涉为基础的新的光热干涉探测技术.给出了聚焦激光束照射平板样品时两反射光束在远场形成的干涉场光强分布和调制光束加热时的光热干涉信号表达式.光强分布和实验测量结果一致.并以氟铝酸盐玻璃平板为样品进行了光热实验.还讨论了该光热方法作为一种灵敏的检测技术在光学材料特性、弱吸收测量以及微体积痕量分析等方面的应用前景.     

脉冲光热偏转测量大的光学吸收系数

本文叙述了脉冲光热偏转方法测量介质的光学吸收系数的基本原理和理论依据。实验测量了几种不同浓度的ＫＭｎＯ４溶液在５３２ｎｍ波长的光学吸收系数并与分光光度法测量值直接比较，两者完全符合。实验还测量了６３２．８ｎｍ波长滤光片在５３２ｎｍ波长的光学吸收系数。     

基于TDLAS测量HBr化学激光器气体温度

利用可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）,基于吸收光谱的多普勒展宽原理,对D2/NF3燃烧驱动的HBr化学激光器,进行了光腔和扩压段的气体温度测量实验研究。为了有效地测量TDLAS吸收光谱,选用了主气流中吸收系数较大的HF分子（2-0）振动谱带的R2谱线作为研究对象。实验中利用一台中心波长1 273 nm的分布反馈式（DFB）二极管激光器,搭建了一套基于直接吸收法TDLAS的HBr化学激光器气体温度测量系统。通过对HF分子的吸收谱线进行Voigt线型拟合,获得了多普勒展宽宽度,从而给出了光腔和扩压段气体温度。在进行时域频域变换时,使用了一台自由光谱范围（FSR）为1.5 GHz的F-P标准具用于频率校准。实验测量结果表明,光腔温度约为280 K,扩压段温度约为400 K。实验过程中的碰撞展宽和多普勒展宽的比值小于0.1,表明多普勒展宽为主,能够方便地用HF吸收光谱的展宽来监测光腔和扩压段的气体温度。     

基于分布反馈激光器在2.0 μm波段对CO2气体温度的测量

利用输出波长在2.0 μm处的分布反馈激光器对CO2气体的两条特征谱线进行扫描以实现气体温度的测量。介绍了利用可调谐激光吸收光谱方法进行温度测量的基本原理,提出了用多线组合非线性最小二乘法拟合高温吸收光谱的吸光度方法。常压下在静态高温炉中进行了实验,设定温度为900 K～1200 K时,经实验得到的温度值与热电偶测量值的温差在8%以内,计算得到CO2的5007.7874 cm-1吸收线强与理论计算值相对误差小于14%。为今后的气体温度测量及多参数同时测量提供了借鉴。     

利用激光光热技术研究材料应力对热扩散率的影响

根据光热光谱技术中的激光光热平行检测技术测量了材料具有应力时的热扩散率 ,根据所检测到的光热信号的振幅 ,由非线性拟合 ,确定出材料的热扩散率 ;由于入射光束移动的方便性 ,可实现对材料的点点测量 ,进而测量了材料在应力作用区域不同点上的热扩散率 ,结果发现当材料内存在应力时 ,造成材料的热扩散率变小 ,且随应力起伏变化而变化。同时设计了数据采集软件与双差电路 ,提高了测量精确度     

一种测量1/4波片相位延迟量的新方法

提出了一种通过软件计算输出椭圆偏振光矢的长短轴来测量1/4波片相位延迟量的新方法,其测量光路简单易行,仅由光源、起偏器、待测1/4波片、检偏器和光功率计组成,测量结果通过Mathcad进行分析运算,得到波片的相位延迟量。文中详细论证了新方法的原理过程,给出了应用实例与误差分析,结果表明:新方法的绝对测量误差小于0.26。该方法的主要优点是光学器件少,操作简单,易于实现,引入误差小,测量精度高。     

BOTDR的已敷设传感光纤温度和应变区分测量方法

为了解决已敷设传感光纤中布里渊谱峰功率初值难以获取,基于频移和功率双参量的温度和应变区分测量误差大等问题,提出了解决方法。通过标定实验确定布里渊频移和相对谱峰功率的温度和应变系数、频移初始值;根据布里渊散射功率特性方程,通过试探法,利用已敷设光路中温度和应变已知的参考光纤确定方程系数,建立了谱峰功率初始值;利用归一化方法克服了传感系统中乘性噪声导致的测量误差;利用谱宽变化消除了温度和应变突变点处的谱峰功率异常峰值;最后,根据光纤复合海底电缆的现场情况建立了模拟光路,并进行了温度和应变测量实验。结果表明,在5.6 km处可实现4.3℃和110 的测量精度,可实现已敷设传感光纤整条光路上的温度和应变区分测量,为工程应用提供了理论和实验依据。     

光腔衰荡光谱技术用于OH浓度测量的误差分析

光腔衰荡光谱技术（Cavity Ring Down Spectroscopy,CRDS）是一种高灵敏度的吸收光谱测量技术,在燃烧场激光光谱诊断领域里是一种十分重要的燃烧产物定量测量手段。文中研究了光腔衰荡光谱技术用于燃烧产物定量测量的原理,搭建了脉冲型光腔衰荡光谱技术实验系统,选取OHA2+-X2（0,0）电子跃迁带的P1（2）吸收线谱,在常压条件下对平面火焰的OH浓度进行了定量测量,并对激光器线宽及线型、激光器的频率稳定性、火焰温度、光腔参数等因素对测量误差的影响进行了分析讨论。误差分析给出了光腔衰荡光谱技术的几个关键注意事项,可为光腔衰荡光谱技术的应用提供指南。     

矩形激光脉冲辐照下半导体温度场理论研究

为了研究矩形激光脉冲辐照下半导体材料3维光生载流子浓度和温度场分布,采用本征函数法求得了等离子体波和热波随时间和空间变化的解析解。数值模拟了矩形激光脉冲辐照下半导体内光生载流子浓度和温度的时间变化规律以及温度沿径向的扩散规律。结果表明,光生载流子表面复合速率、寿命和扩散系数等参量对等离子体波和热波分布的时域特性有重要的影响,特别是在等离子体波和热波阶跃响应的上升和下降沿阶段;此外,多参量拟合灵敏度以及相关性分析表明,对阶跃响应曲线进行拟合可实现对半导体参量的单参量及双参量表征。该理论结果对于利用阶跃光激励的光热技术测量半导体材料参量具有一定的指导作用。