基于小波变换的超短脉冲相位回归

针对频率分辨光学门法(FROG)要用傅里叶变换迭代算法耗时较长不利于实时检测的缺点,及光谱相位相干直接电场重构法(SPIDER)中用传统傅里叶方法滤波过程会产生相位噪声的缺点,提出了用小波变换回归相位的方法。对FROG迹线进行时-频分析直接提取脉冲相位,从SPIDER方法的光谱干涉条纹的小波变换中直接读取相位,对两种方法的小波变换进行了数学模拟,并与傅里叶变换结果进行对比,得到:小波变换能准确地回归超短脉冲相位。最后采用SPIDER方法测量了KLM钛宝石激光器输出脉冲的光谱干涉条纹,并用小波变换和傅里叶变换重建了光谱相位,消除了窗口滤波引入的噪声,证明了方法的正确性和可靠性,更适用于超短脉冲的评价。     

SPIDER光谱相位干涉议的实现及相关理论分析

建立了光谱相位相干直接电场重建法(SPIDER)测量飞秒脉冲相位的实验装置,并对一台啁啾镜色散补偿的掺钛蓝宝石飞秒激光器输出脉冲的光谱相位进行了实际测量.基于SPIDER装置中BBO晶体的光谱滤波效应的理论模型,计算了不同厚度BBO晶体的和频效率带宽,确定了对应不同待测脉冲宽度,BBO晶体应选择的厚度范围.     

基于SPIDER法测量飞秒脉冲的数值计算与模拟

为了测量飞秒脉冲的振幅和相位,采用光谱相位相干电场重构法(SPIDER)的光谱图数值分析公式,对高斯强度分布的线性啁啾脉冲、立方相位啁啾脉冲进行数值计算与数值模拟,并重构出飞秒脉冲的光谱相位,其模拟的结果与理论符合较好,光谱相位相干电场重构法能完全测量飞秒脉冲的振幅和相位.     

飞秒光谱全息技术及飞秒整形技术的应用

飞秒光谱全息是飞秒脉冲整形技术中非常重要的一种方法,它可以实现飞秒脉冲信号的记录、再现和处理。主要介绍飞秒光谱全息技术及飞秒脉冲时空变换整形在飞秒化学领域的最新应用。     

用于飞秒激光啁啾放大系统的光谱滤波器的设计研究

激光光谱滤波器件是超短激光脉冲传播过程中常用的光学器件.在飞秒激光啁啾放大过程中,经常需要对飞秒激光脉冲的光谱进行滤波,有目的地削弱或滤掉一些光谱成份,以满足对飞秒激光脉冲光谱的特定要求.本文根据薄膜光学的设计原理,针对飞秒激光脉冲放大过程中的增益特性以及对输出光谱形状的特殊要求,通过膜系的优化计算,设计研制了适用于飞秒激光的光谱滤波器件.该种光谱滤波器件能按照设计要求,实现对飞秒光脉冲的频谱强度与频谱分布的特殊控制,以获得所需的具有特殊要求的飞秒激光光谱.我们的实验结果表明,这种滤波器件对飞秒激光光谱的控制,已达到了令人满意的设计要求.(OB21)     

用光谱位相相干电场重构法还原飞秒脉冲相位

基于光谱相位相干直接电场重建法(SPIDER)测量飞秒激光脉冲的基本原理和重构相位的反演算法,数值模拟了SPIDER技术重构飞秒脉冲相位的过程,分析了非线性晶体、时间延迟τ、光谱剪切量Ω的选取原则。以高斯型线性啁啾脉冲为例,还原出了脉冲的位相,得到不同的待测脉冲重构出的最佳位相曲线具有不同的最佳延迟时间和光谱剪切量。     

基于MIIPS的相位调制参量优化选择研究

设计搭建了一套基于液晶空间光调制器的飞秒激光脉冲整形系统装置,利用自己开发的LabVIEW程序控制液晶空间光调制器对飞秒激光脉冲施加正弦相位扫描,并同时记录其倍频光谱。其中对正弦相位扫描初始相位δ从0到4π的扫描所得到的倍频轨迹图为多光子脉冲内干涉相位扫描(MIIPS)轨迹,并详细研究了正弦相位中的幅度α、频率γ两个参量的选择对于MIIPS倍频轨迹图的影响,得出了MIIPS方法中α和γ参量的优化选择条件。所得到的结果不仅对更好地利用MIIPS方法进行飞秒激光脉冲相位测量和补偿提供指导,而且可以通过选取合适的参量获得整形和窄化的倍频光谱,这在双光子光谱学、飞秒化学和飞秒生物学等领域具有重要应用。     

光谱相位相干电场重建法的准确相位还原

基于光谱相位相干直接电场重建法(SPIDER)原理,提出采用小波变换和傅里叶变换两种算法互校的方式,确定小波变换法的形状因子和傅里叶变换法的滤波窗口宽度,当两种算法的还原结果一致时,就实现了SPIDER的准确相位还原.通过自制的SPIDER测量仪和自编的SPIDER相位还原软件,实现了对复杂相位的准确还原.     

飞秒光参量振荡器的光谱净化和稳定性提升（特邀）

文中首次提出并验证了基于腔内色散管理实现飞秒光参量振荡器（OPO）光谱净化和稳定性提升的方法。对于高功率飞秒OPO,输出脉冲通常具有随时间无序变化的宽带不规则光谱,输出功率波动较大。利用铌酸锂（LiNbO₃）晶体在腔内引入额外的负色散,通过泵浦脉冲的时间滤波效应实现了干净平滑的窄光谱近转换极限的飞秒脉冲输出,光谱稳定性和功率稳定性得到了极大改善。该方法是一种实现飞秒OPO光谱净化和稳定性提升的灵活简便的方法,对于发展高功率的超短脉冲OPO具有重要的应用价值。     

基于Bior小波变换和中值滤波的图像去噪

中值滤波是一种常用的滤波方法,它可以较好地滤除脉冲噪声,但滤除高斯噪声效果不理想,而小波变换可以较好地滤除高斯噪声。本文将Biorthogonal小波变换与中值滤波相结合,同时滤除图像中的高斯噪声和脉冲噪声。实验结果表明,该方法在降低了图像噪声的同时又尽可能地保留图像的细节,其去噪效果优于单纯的小波变换或单纯的中值滤波。     

基于平行相位调制算法的频谱相位测量和补偿

详细探究了平行相位调制(PPM)算法在飞秒激光脉冲的频谱相位测量与补偿中的应用。通过数值模拟讨论了调制频率选取和相位复原问题。基于该算法搭建了一套飞秒激光脉冲整形装置,使用自行编写的LabVIEW程序完成频谱相位的测量补偿过程,并使用多光子脉冲内干涉相位扫描(MIIPS)方法验证了实验结果的准确性。不同于MIIPS等已有超快激光脉冲测量方法,PPM法无需测量非线性信号的光谱,只需测量信号强度即可快速确定频谱相位。     

频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲

阐述了频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的原理,详细分析了模式尺寸效应和非线性效应对飞秒脉冲测量的影响.构建了一台用于飞秒脉冲测量的二次谐波-频率分辨光学开关装置,利用该装置对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量.得到了飞秒脉冲的时间宽度及光谱宽度、电场及其相位在时域和频域的详细信息.谐振腔直接输出脉冲的时间宽度为56 fs,光谱宽度为27 nm,时间带宽积为0.686,算法中的最小误差为0.001792.脉冲压缩后的测量结果为27 fs,光谱宽度为92 m,时间带宽积为1.27,算法误差为0.0093289.     

BBO晶体厚度对光谱相位干涉仪性能的影响

基于光谱相位相干直接电场重建法(SPIDER)测量飞秒激光脉冲的原理,建立了BBO晶体光谱滤波作用的计算模型,数值模拟了不同参数BBO晶体的视频效率带宽,给出了对于不同宽度的待测脉冲及应选取的：BBO晶体的厚度范围,并在实验中给予验证。结果表明：对于20fs的脉冲,可采用厚度为50μm的BBO晶体;而对于50fs的脉冲,采用100μm厚的BBO晶体就已经能够满足其谱宽的要求。     

脉冲啁啾干涉绝对距离测量中的时频分析

介绍了飞秒脉冲啁啾干涉测距的原理和典型的时频变换方法,比较了这些方法对啁啾光谱干涉信号分析的影响,研究了影响结果的因素,并将这些方法用于处理啁啾光谱干涉的测距数据。通过实验比对发现,相对于参考的He-Ne干涉仪数据,这些时频变换方法的处理结果在65m范围内的相对精度都优于6×10-7,满足高精度处理要求,其中SPWV(smoothed pseudo Wigner-Ville)分布、连续小波变换(CWT)和SCW(smoothed Choi-Williams)分布处理啁啾光谱数据性能较好,获得了预期的结果。     

Alpha稳定分布下基于RHMy滤波的MQAM信号码元速率估计方法

针对Alpha稳定分布噪声环境下,传统的MQAM信号码元速率估计方法性能恶化甚至完全失效的问题,本文结合了改进的Myriad类滤波与小波变换法的优点,提出一种基于递归混合Myriad滤波(Recursive Hybrid Myriad filter, RHMy)的高阶消失矩二次小波变换法对MQAM信号进行码元速率估计。首先采用RHMy滤波充分抑制噪声中的脉冲成分,再采用高阶消失矩小波估计码元速率。仿真结果表明,在Alpha稳定分布噪声环境中,相比于多尺度Haar小波变换法、分数低阶循环谱法与基于加权Myriad滤波(Weighted Myriad filter, WMy)的小波变换法,该方法有效的提高了低广义信噪比下的估计精度,同时在不同的脉冲噪声条件下具有较好的鲁棒性。      

飞秒激光产生与放大技术

介绍了飞秒激光的发展和相关的应用。重点讨论了产生飞秒激光脉冲的几种方法;激光脉冲色散的物理机制及补偿方法;获得变换极限脉冲的条件等。还介绍了超短超强激光脉冲的放大与压缩技术,获得高功率窄脉冲的基本条件和啁啾脉冲放大原理;详细地讨论了基于非线性效应实现高信噪比、宽光谱、高效率脉冲放大的光参量啁啾脉冲放大技术,在飞秒激光脉冲放大中的应用和发展前景。最后还阐述了阿秒光脉冲产生与测量的新技术。     

利用块状介质进行飞秒强激光脉冲的腔外压缩

高强度飞秒激光脉冲的腔外压缩是获得高次谐波阿秒脉冲驱动源的必要手段.实验研究了超强超短飞秒激光脉冲在经过块状介质后的光谱展宽和色散补偿压缩现象.单脉冲能量0.26 mJ,脉宽50 fs的激光脉冲经透镜在空气中聚焦后再入射到块状材料上,出射脉冲光谱被展宽到接近40 nm.由于在块状材料中的自聚焦效应,出射光束质量变好并保持较小的空间啁啾.利用熔融石英棱镜对补偿带有正色散的出射脉冲,最后得到＞0.1 mJ,19 fs的压缩脉冲.利用SPIDER装置测量了出射脉冲的脉宽和光谱相位.整个系统的能量效率大约为35%,压缩后的激光脉冲具有很好的空间分布和平滑的时域包络.实验结果实现了利用块状材料对飞秒激光脉冲的腔外压缩,这种方法将适用于对更高能量飞秒脉冲的压缩.     

基于铌酸锂调制器的超短光脉冲源的研究

提出了一种基于商用化的铌酸锂调制器产生超短光脉冲的方法.直流光依次经过相位调制器和强度调制器调制,利用色散补偿光纤(DCF)和梳状色散光纤链(CDPF)对调制产生的光脉冲分别进行啁啾补偿、非线性压缩.压缩后的光脉冲注入高非线性光纤(HNLF),利用其自相位调制效应(SPM)展开脉冲光谱后滤波,可以有效地消除光脉冲的基座,实现光脉冲的整形.获得了10GHz的1.8ps无基座近变换极限光脉冲.     

光子晶体光纤在飞秒激光技术中的应用

简要介绍了光子晶体光纤的基本结构、导光机制和主要特性,系统综述了光子晶体光纤在锁模光纤激光器的色散补偿和偏振控制、飞秒激光脉冲的压缩、飞秒激光脉冲的光谱变换,以及飞秒激光器的频率转换等激光技术中的应用研究进展.     

基于光谱控制与色散优化的飞秒啁啾脉冲放大系统

飞秒激光在工业加工、精密测量、军事国防、科学研究等领域具有广阔的应用前景。报道了基于光谱控制与色散优化的高功率、高脉冲质量飞秒啁啾脉冲放大系统。利用与压缩器色散量相匹配的色散可调啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)作为展宽器,通过微调CFBG色散量补偿系统的残余色散使整个系统的净色散趋于零;同时引入光谱滤波等手段,保证入射到主放大器之前的脉冲光谱形状不发生畸变,避免了放大过程中脉冲质量的劣化。最终获得了重复频率为50 MHz、平均功率为24 W、脉冲宽度为198 fs的高脉冲质量飞秒激光输出。