光脉冲特性测量和分析的新方法

文章给出并采用了光脉冲特性分析新方法,对10 GHz光脉冲在色散平坦光纤中的线性传输前后的时域波形、相位和时间带宽积等作了深入研究,并与数值计算得到的双曲正割和高斯光脉冲线性传输特性作了比较,对光脉冲的时域波形、啁啾等作出了更准确的判断,进一步证实了光脉冲的二次谐波-频率分辨光学门测量及其分析新方法的可靠性和准确性.     

被测物离焦状态对共焦显微系统横向分辨特性的影响

分析了被测物离焦状态对共焦显微系统(CMS)分辨特性的作用机理,指出了离焦状态是影响CMS横向分辨特性下降的主要影响因素,进而提出采用基于环形光瞳滤波技术的二元光学整形环形技术,来改善其离焦状态下的横向分辨特性。理论分析和实验验证表明：环形光瞳滤波技术的采用,显著抑制了CMS由于被测物离焦状态引起的艾里斑旁瓣的增长,克服了CMS因离焦状态而引起的横向分辨特性下降的缺点。     

基于光克尔门技术的超快时间分辨测量系统的优化

以SrTiO3晶体作为光克尔介质,建立了一套基于光克尔门技术的超快时间分辨测量系统.由于SrTiO3晶体在强光作用下产生光克尔效应时,同时会产生宽谱带的双光子激发荧光,因此我们一方面通过采用锁相放大探测技术从同频率的荧光背景中提取信号光,另一方面通过设计自动数据采集系统提高测量效率.为避免背景荧光以及泵浦光散射等噪声对光电倍增管的曝光而造成的探测器对信号光的非线性响应,我们通过增加SrTiO<,3>晶体与探测器之间的距离以及采用封闭信号光路来减少因此而造成的测量误差.以小于150 fs波长为800 nm的激光脉冲作为泵浦光,其倍频光作为信号光,采用该系统实验得到了约200 fs的时间分辨率.     

甲醇溶液相干反斯托克斯拉曼光谱(CARS)的选择激发

利用飞秒自适应脉冲整形相干控制技术成功实现了甲醇溶液中甲基对称(vS(CH3)2832cm-1)和反对称(VAS(CH3)2948cm-1)振动能级相干反斯托克斯拉曼光谱(CARS)的选择激发.为了进一步探究双光束飞秒CARS光谱实现选择激发的机制,采用二次谐波频率分辨光学开关(SHG-FROG)测量方法对整形前后的泵浦激光脉冲进行了探测. SHG-FROG痕迹结果显示裁剪泵浦光中的有效频段可实现飞秒CARS的选择激发.研究表明飞秒自适应脉冲整形相干控制技术对于复杂分子系统飞秒CARS的选择激发研究具有非常重要的科学意义.     

利用共焦显微成像系统实现磷光寿命时域测量

在光路中加入斩波器，将共焦显微成像系统中Ar^ 激光器产生的连续光转换为脉冲光，实现对样品的脉冲激发。共焦成像系统以灰度值同时记录了激发光和样品发射磷光的强度变化信息。通过对磷光强度衰减的时间分辨分析，实现对磷光寿命的测量。利用此系统成功地实现了对置于不同环境中的磷光探针氧卟啉（Oxy-Phor R2）衰减寿命的测量。     

超快速光学技术的发展

本文简要介绍了超快速光学技术,特别是飞秒光脉冲和具有皮秒及飞秒时间分辨的诊断技术的国内外发展现状,指出了该技术在超快现象过程研究中的一些应用。     

基于光克尔效应的时间分辨荧光光谱测试系统

基于光克尔效应的时间分辨光谱测试技术主要用来研究发荧光的物质在受到激光照射时所表现出的瞬态行为信息。其主要思想是以空间函数来代替光学的响应时间函数,而其响应时间是通过两束光脉冲的相对时间差体现的。我们通过控制光学延迟可以控制两束光脉冲的时间差,并最终得到荧光物质受到激发光照射时表现出的瞬态行为信息。本文设计了一套基于光克尔效应的时间分辨光谱测试系统,其中光学延迟的软件控制系统由c#语言开发而来,通过控制直线精密滑台来实现光学延迟的控制。同时,考虑到样品的不同区域可能具有不同的性质,本文同时设计了一套由易语言开发的、能控制样品移动的软件控制系统,主要通过控制二维滑台来实现。     

不同核心尺寸及壳层厚度CdTe/CdS量子点非线性光学及超快动力学特性

CdTe核壳结构半导体量子点具有特殊的非线性光学和超快动力学特性,使其在太阳能电池、光电子器件、生物标记和光纤传感领域有着广泛的应用前景。主要研究了6种不同核心尺寸、不同壳层厚度CdTe/CdS核壳结构半导体量子点的非线性光学和超快动力学特性。在波长400 nm、脉冲宽度130 fs激光脉冲作用下采用Z-Scan技术测量了样品的非线性吸收和非线性折射系数。实验结果表明,CdTe/CdS核壳结构量子点的壳层厚度影响非线性吸收和非线性折射特性,非线性吸收和非线性折射系数均随壳层厚度增加而增大。核心尺寸主要影响非线性吸收特性,非线性吸收系数随核心尺寸的增大而减小。在波长400 nm、脉冲宽度130 fs、频率1 kHz、单脉冲能量400 nJ条件下采用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱技术测量了样品的超快动力学特性,得到了瞬态吸收光谱和超快动力学曲线。结果表明漂白信号上升过程时间随壳层厚度的增加而变大。快过程衰减时间随着壳层厚度的增加而变大,同时随着核心尺寸增加而增长;慢过程衰减时间随着壳层厚度的增加而变大。研究揭示了CdTe核壳结构量子点的核心尺寸、壳层厚度对非线性光学和超快动力学的影响规律,为核壳结构量子点的制备和光物理特性研究提供了理论基础。     

大功率半导体激光器热弛豫时间的测量

根据脉冲工作状态下半导体激光器激射光谱随结温升高而发生红移的原理,提出了一种测试半导体激光器热弛豫时间的新方法——利用调节取样积分器(Boxcar)取样门,测量光信号脉冲内不同时刻的时间分辨光谱。采用此方法对TO封装和厘米-靶条(cm-Bar)阵列的AlGaAs/GaAs半导体激光器的动态热特性进行了测试,得到其热弛豫时间分别为66μs和96μs。     

基于脉冲激光二极管的小型化光学分辨式光声显微成像系统

采用具有价格低、体积小、寿命长、重复率高等优点的脉冲激光二极管,搭建了一套光学分辨模式的小型化光声显微成像系统,并获得了碳纤维原丝和微血管网络样品的光声显微成像。实验中,脉冲激光二极管光源由三维平移台驱动做C型扫描逐点激发,产生的光声信号由1-3复合材料超宽带超声传感器接收。实验表明,接收的光声数据信噪比可达约11dB,该系统的横向分辨率在上一代系统样机500μm的基础上提高到1.5μm,有望发展成为一种低成本、实时、便携式的高分辨率光声显微成像技术。     

超短光脉冲的频率分辨光学开关法测量研究

为了对二次谐波型和偏振开关型频率分辨光学开关法测量超短光脉冲的研究,利用矩阵的方法对实验系统中几种常见超短光脉冲的二次谐波-频率分辨光学开关和偏振开关-频率分辨光学开关光谱图进行了数值模拟,并采用基于矩阵的主元素广义投影算法从数值模拟的二次谐波-频率分辨光学开关光谱图中恢复了脉冲的振幅和相位,误差达到收敛的标准(G-4)。结果表明,频率分辨光学开关能够精确地测量超短光脉冲。     

毫微微秒时间范畴超快现象的测量

超短光脉冲的产生和应用已经取得显箸的进展。本文介绍把时间分辨测量扩展到亳微微秒(10^-15秒）时间范畴的方法和技术，讨论亚微微秒脉冲研究的新近应用和新领域。     

激光感生击穿光谱术的应用

一种利用激光感生击穿的新的实时分光光谱法，可以检测少量铍、钠、钾、磷、氟、硫和氯气。这种技术称为时间分辨激光感生击穿光谱术，它利用便宜而现成的YAG激光脉冲。当光脉冲聚焦在样品 (可以是固体、液体或气体)的小体积上时，它们便形成等离子体，其特征光谱较容易辨认。     

掺铒光纤中浓度效应对光脉冲群速的影响

利用相干布居振荡技术在介质吸收光谱上产生烧孔,孔宽大约为基态粒子数恢复时间的倒数.由增益理论分析得出不同抽运光强度对介质吸收状态的影响.在介质的吸收区域,振荡导致光脉冲经历饱和吸收,脉冲传输延迟;在介质的增益区域,振荡又导致光脉冲经历增益饱和、脉冲传输超前.将此技术应用在掺铒光纤(EDOF)中实现了光速人为可控.根据布居振荡效应及增益理论,由速率方程出发,得到了探测光的群折射率的理论解析表达式.考虑掺铒浓度对光脉冲群速度的影响,分别对四种浓度的光纤进行实验研究,观测到的最慢群速分别为3.45×102m/s,相应感生群折射率8.7×105.     

微微秒光脉冲宽度测量

在微微秒光谱实验中,光脉冲时间宽度测量是比较重要的参数。测量手段主要有:自相关技术,双光子荧光法及条纹照像法等。我们利用自相关技术,对微微秒激光系统,进行超短脉冲宽度的测量。自相关器分辨率比较高,能分辨到0.5ps,虽然自相关技术发展比较早,但实际测量中仍然存在技术和方法的问题。本文主要介绍实验测量和自相关原理。     

微微秒光脉冲的测量方法

测量几微微秒的光脉冲(以下简称光脉冲)和由它激励所辐射物质产生的响应光脉冲(以下简称二次光),分两类:即测量比脉宽长得多的时间积分物理量和测量微微秒级的时间变化量。前者包括:测量总输出能量,利用宽带示波器观测模同步脉冲群(不是测量单位脉冲强度,而是测量能量),以及测量光谱等。而且,仍旧采用电子装置和分光器等原有的方法。后者包括:测量波形和测量时间分辨光谱等。目前,正积极从事研究这方面的特殊的观测方法。测量波形采用三种方法:1)实时测量     

光合作用PSII Chl分子传能超快光谱学

利用ICCD皮秒、飞秒扫描成像和飞秒时间分辨光谱装置实验研究了高等植物捕光天线LHCⅡ三聚体和PSⅡ颗粒复合物及PSⅡ核心复合物的超快光谱动力学,经过吸收光谱和发射光谱分析,确定在LHCⅡ三聚体中至少存在7种Chl分子光谱特性,它们是:Chlb653/656658.7、Chla662。0665。2、Chla/b670/671671.6、Chla675.0677.1、Chla680/681682.9、Chla685689.1和Chla695.0695.6。采用光强103光子/cm2/脉冲激励浓度为30μg/ml的捕光天线LHCⅡ三聚体,在650nm到705nm谱段逐点探测分析处理,产生了两组短寿命组分210fs、520fs和5.2ps、36.7ps及两个长寿命组分1.8ns、2ns。最快的三个寿命210fs、520fs和5.2ps反映了三聚体Chlb分子向Chla分子的激发能传递过程;寿命36.7ps反映了Chla分子向相邻单体Chla分子的激发能传递过程;最长的两个寿命1.8ns和2ns是在三聚体中Chla分子通过中间体Chla分子辐射荧光,分别跃迁回基态的过程。获得的六个寿命组分有把激发能传递时间与Chla/b分子发射光谱相结合的特点。经拟合处理解析PSⅡ颗粒复合物光谱,得到三个组分谱,其峰值分别为686.8nm、692.2nm和694.9nm,与LHCⅡ比较分析,说明天然构型的PSⅡ有很强的吸收光能和有效传递光能的本领、PSⅡ核心复合物的核心天线CP43和CP47,各自含有三种不同状态     

飞秒激光多脉冲烧蚀过程中飞秒时间分辨电子状态的观测研究

为研究飞秒激光加工硬脆透明材料时存在的“微裂纹”与“诱导条纹”等共性工艺问题，利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术，对飞秒激光多脉冲烧蚀石英玻璃过程中的电子动力学过程进行成像，分析了激光脉冲电离材料初期（700 fs之前）等离子体丝的演化情况。多脉冲诱导微结构的存在使成丝区域分布在微结构的两侧与光脉冲传播的轴线方向，前者主要是由微结构侧壁对光脉冲的折射造成的，而后者则是由微结构底面与侧壁形貌不同导致的光程差引起的。实验结果揭示了多脉冲加工过程中脉冲串诱导微结构对后续光场的重塑效应，该效应影响了等离子体成丝区域与能量沉积的分布，这是共性工艺问题产生的核心机制。     

CO_2连续激光预处理基板对光学薄膜损伤阈值的影响

实验研究CO_2激光预处理基板对光学薄膜损伤阈值的影响,发现对单层膜及增透膜,辐照预处理使阈值显著提高,最高达未辐照处理的5倍;而对高反膜,辐照预处理无大的影响。用重复频率脉冲光热偏转技术实时研究了光吸收与损伤的对应关系,用时间分辨脉冲光偏转技术确定了初始损伤在样品深度方向上发生的位置,用连续调制光偏转技术,结合Nomarski光学显微镜分析了损伤形貌,得出了一些有意义的结论。     

超短脉冲光束传输的时间分辨功率谱

利用小波变换（WT）对超短高斯脉冲光束作时频分析，获得了光脉冲的时间分辨功率谱，给出了在1个脉冲周期内频随时间变化的关系。对光脉冲在自由空间传输的时频谱特性进行了研究，结果表明：在离轴点上，时频谱相对光束中心出现明显的时间延迟，而频谱分布不变。