锁频技术在腔衰荡光谱检测中的研究进展及典型应用

锁频技术极大地促进了腔衰荡光谱技术在光谱吸收领域的发展,使腔衰荡光谱技术具有更高精度、更好灵敏度以及更稳定等优势。本文基于经典腔衰荡光谱技术和锁频技术基本原理,对锁频技术在吸收光谱领域的研究现状以及在大气痕量气体等不同领域的应用进行综述,列举了几种现阶段腔衰荡光谱领域使用较多的锁频技术并对其进行了分析。最后结合现阶段锁频技术和腔衰荡光谱技术的发展趋势对锁频技术的应用前景进行了展望。     

腔衰荡吸收光谱技术的研究进展及典型应用

腔衰荡吸收光谱技术是一种灵敏度高、选择性强、响应速度快的直接吸收光谱检测技术,随着激发光源、腔体结构、调制方式等的不断改进和拓展,该技术的最小噪声吸收系数可达到10-12cm-1·Hz-1/2.本文针对腔衰荡吸收光谱检测装置的工作原理、技术特点和国内外典型应用进行综述,分析了激发光源、腔体结构以及调制方式的多样性对腔衰荡吸收光谱检测技术的影响,最后结合腔衰荡吸收光谱技术在不同领域的典型应用对该技术的应用前景进行了展望.     

腔增强/衰荡光谱应用于气溶胶消光检测研究进展

腔增强/衰荡吸收光谱技术,是目前应用最广泛的气溶胶光学特性原位测量方法之一,由于其原位、实时特性,测量过程中气溶胶状态不会发生改变,测量具有代表性,近些年来已经开始作为各种仪器综合比对实验中使用的参考标准。在经过近30年的发展后,相关技术发展日益成熟。本文将对腔增强/衰荡吸收光谱技术的发展及其在气溶胶光学特性测量方面的应用研究做简要的回顾。     

基于光腔衰荡光谱技术的大气气溶胶消光性质研究

通过自主研发的基于光腔衰荡光谱技术的气溶胶消光仪,对昆山的大气气溶胶的消光性质进行观测试验,并研究了相对湿度对气溶胶消光系数的影响。观测结果表明：监测点的大气气溶胶消光系数较高,且日变化在早晨7点出现最高值,至下午17点达到最低值后开始回升,其主要是由气象条件及周边的强污染源的影响造成的。此外,气溶胶亲水特性实验表明,监测点的大气气溶胶多为污染海洋型,受周围环境的相对湿度的影响较大。该研究结果为后期结合气溶胶质谱等其它监测仪器对该地大气气溶胶性质进行进一步观测研究具有一定的指导意义。     

基于腔衰荡光谱技术的光纤微腔温度传感器

提出并实现了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)技术的光纤微腔温度传感器。利用高频CO2激光脉冲技术在1060 nm单模光纤上直接刻蚀光学微腔,将其作为传感单元接入到光纤环谐振腔中,通过测量脉冲激光衰荡时间实现了温度传感。在24℃~93℃温度范围内,光纤微腔温度传感器灵敏度达到83.36 ns/℃,实验测量结果具有良好的线性度。     

连续波腔衰荡吸收光谱技术中的模式匹配研究

对比了波长调制和腔长调制两种方式实现模式匹配的性能特点,通过测量空腔衰荡时间并进行Allan方差分析,得到两种调制方式的衰荡时间分别为（5.239±0.077）μs和（5.252±0.058）μs,该系统的吸收系数检测限为10^-10量级。对于甲烷气体浓度,通过步进式改变入射激光的波长,描绘了甲烷气体的吸收谱线,其检测限可达10^-9量级。利用波长调制和腔长调制方式得到环境中甲烷气体的浓度分别为1.868×10^-6和1.870×10^-6。实验结果表明,虽然波长调制和腔长调制均能实现模式匹配,完成痕量甲烷气体的测量,但是通过对比可知：腔长调制方式具有更高的测量精度和更低的浓度检测限;波长调制方式发挥了可调谐激光器的优势,结构相对简单,无需压电陶瓷等附加的机械结构。因此,在实际应用中可根据需求在测量性能和装置复杂度及成本之间进行取舍。     

用光腔衰荡测定腔镜及镜片的反射率

光腔衰荡是新的光谱技术。本文利用腔衰荡测定了一组腔镜的反射率,测出的误差达到10^-5量级;同时利用这一衰荡腔对全反镜的反射率进行了测定。该方法适用于不同环境下的镜片反射率的精确测定。     

光纤腔衰荡光谱与太赫兹波谱技术检测气体研究现状与展望

提气体浓度的实时在线精确测量在人类健康、生命安全、环境保护、资源有效利用及大气遥感探测技术等方面有着十分重要的意义。本文首先介绍了光纤衰荡光谱技术检测气体浓度的最新研究进展;接着分析了太赫兹波在气体浓度探测中应用的优势、可行与局限性;最后对太赫兹波腔光纤衰荡光谱技术测量气体浓度技术方法和应用前景做了展望。     

连续波腔衰荡光谱技术中的标准具效应

建立了一套高灵敏度调谐式连续波腔衰荡光谱测量系统,该系统以分布反馈式(DFB)半导体激光器作为光源,利用其电流调制及调谐的特征进行衰荡和腔损耗谱测量,系统重复测量精度约为0.65×10-6.对实验中出现的标准具效应进行了实验和理论分析,证实了这种效应来自衰荡腔的外部弱反射,并通过分析找出了系统中主要的反射面源.提出了标准具效应的软、硬件消除方法,实验结果表明,软件处理中数据拟合的标准误差约为0.4×10-6,硬件改进后腔损耗谱振荡起伏标准差由原来的9.2068×10-6减少为0.4561×10-6.     

用于超高分辨光谱学的红外环行选支激光腔

提出了一种简单方便的选支方法,并且计算了光腔的光束参数。     

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。     

直接激射中红外固体激光器研究进展北大核心CSCD

3~5μm波段中红外激光在遥感、通讯、气体检测、医疗等领域有着广泛的应用前景。直接激射固体激光器具有原理简单、结构轻巧等优势,是3~5μm波段中红外激光产生的重要手段。目前,这类激光器按照增益介质分类可划分为基于Er^(3+)、Ho^(3+)、Dy^(3+)、Pr^(3+)等稀土离子掺杂的固体激光器以及以Fe∶ZnSe为代表的过渡金属离子掺杂的固体激光器。本文分别介绍这两类直接激射固体激光器近些年来的研究进展,并对它们的技术路线以及发展前景进行总结。     

中红外高能量输出复合腔抽运光参量振荡器

报道了采用复合腔技术研究Nd:YAG激光抽运LiNbO₃晶体光参量振荡器(OPO)的实验研究结果。得到OPO输出单脉冲平均能量56.4mJ,闲频光(3097nm)脉冲平均能量22.8mJ,脉宽8ns,抽运光转换成参量光输出效率46%(重频1Hz～10Hz)。测得角度调谐的波长范围是:信频光1479nm～1621nm,闲频光3097nm～3793nm。     

水果内部品质近红外动态在线检测研究进展

近红外光谱技术具有无损检测、分析效率高、速度快、重现性好,适于现场检测和在线分析等特点,并已渗入到各个领域,在提高生产技术水平和改善产品质量方面发挥着重要作用。本文简述了水果近红外光谱在线检测原理和方式及动态在线检测装置的组成,并介绍了在线检测的控制过程及在线检测分析软件。总结了国内外近红外光谱技术在水果内部品质在线检测与分级方面的应用情况,并分析水果内部品质在线检测与分级中存在的问题,指出了水果内部品质近红外光谱在线检测的进一步研究方向。     

激光衰荡测量中腔内能量动态过程分析研究北大核心CSCD

从激光衰荡中衰荡腔内能量的动态变化出发,考察了电流调制腔衰荡的频率匹配过程,分析了激光波长扫描速率对光强注入变化的影响,进而解释了光关断后衰荡曲线出现过充畸变的原因,研究了不同充光时间下检测精度的变化规律。实验考察了不同触发阈值和延迟时间等参数设置下激光衰荡过程,发现随着触发阈值的增加,测量精度和灵敏度提升,但衰荡检测频率明显下降,因此触发阈值的设置应同时兼顾测量精度和测量频率要求。此外,延迟时间的增加会影响测量幅值的稳定,但可获得较高的测量精度和衰荡时间。实验中当延迟时间为400 ns时,测量幅值与测量精度达到平衡,此时衰荡时间为39.1403μs,测量精度为0.0162。     

基于光腔衰荡光谱技术的大气气溶胶消光系数探测的研究

光腔衰荡光谱技术是近十年来迅速发展起来的一 种新型光谱检测技术,具有超高灵敏度和低检测限 的优点。本文首先从比尔定律入手,分析了振荡时间和消光系数的计算方法。实验上,采用 532nm脉冲激 光器作为光源,高反射率共焦腔作为衰荡腔,搭建了一套测量大气气溶剂消光系数探测仪器 。根据不同浓 度的NO₂气体对532nm激光有不同的吸收系数,实现了对消光仪准 确性的验证。所研制的消光仪系统检 测限为0.222μs,系统的稳定性为0.18%,系 统灵敏度值为1.47×10－7 m－1,基本达到达到国内外 先进水平。由实验结果可知,高反射率腔镜及脉冲腔衰荡方法对研制高稳定性、高灵敏度气 溶胶消光系数检测装置具有重要意义。     

腔磁子-极化激元系统的研究进展

光电子芯片在人工智能时代的复杂信息转换中扮演着重要角色。通过强耦合的电子-光子态可以实现光电转换的最高效率。利用电子自旋的自由度具有独特的优势。自旋的集体激发可以形成磁子,它具有长寿命和对焦耳热免疫的特性。这些特性可以通过磁子和高速光子之间的强耦合结合起来,形成"腔-磁子极化激元（CMP）"。最近的进展集中在构建高协同性的CMP,控制CMP的辐射和传输,理解CMP的完美吸收机制,以及开发片上CMP原型器件的电调谐维度和逻辑操作功能。这些围绕CMP相干耦合动力学的研究有望推动低损耗光电器件和前沿信息处理技术的发展。     

国内外红外隐身材料研究进展

从红外探测系统的探测方法和Stefan-Boltzmann定律两个方面分析红外隐身材料的隐身原理,得出红外隐身的主要措施有降低目标表面红外发射率和控制目标表面温度。综述了低发射率涂层材料、控温涂层材料、智能隐身材料和生物仿生隐身材料等四种红外隐身材料近几年的国内外研究现状。指出了目前红外隐身材料研究存在的问题,在此基础上,展望了红外隐身材料未来的发展方向。     

红外伪装技术研究进展

随着红外探测技术的不断发展,红外探测器广泛地应用于各种制导武器和侦察系统,对军事目标的生存能力形成了严重威胁,因此红外伪装技术对军事目标的重要性尤为突出。目前红外探测器主要通过对3～5 μm和8～14 μm波段的红外辐射进行探测,也是红外伪装技术需要对抗的两个红外波段。对各类军事目标所处的背景环境分析,阐述了红外伪装技术在不同背景中的具体应用和发展情况,主要对天空背景、海洋背景和陆地背景中的目标加以分析讨论。指出了目前红外伪装技术所面临的挑战,在此基础上,展望了红外伪装技术未来的发展趋势。