1 战略支援部队信息工程大学基础部，河南 郑州，450001
2 战略支援部队信息工程大学信息系统工程学院，成像与智能处理河南重点实验室，河南 郑州 450001
光子计数型能谱计算机断层扫描（CT）已成为CT成像领域的最新技术，建立精确的噪声模型可以为开发高效的能谱重建算法和降低辐射剂量提供理论支撑。通过对光子计数型能谱CT投影数据噪声进行深入分析和理论推导，提出了能谱CT投影数据噪声的p-范分布模型。首先，综合考虑光子计数探测器能量采集中的光子统计波动和电子热噪声，利用贝叶斯公式推导噪声分布模型。然后经过投影数据的密度函数拟合验证、拟合优度检验等实验环节对所提理论模型进行检验。结果表明，相比于传统分布模型，所提分布模型能够更加精准地刻画光子计数型能谱CT成像机理和物理过程。最后，对投影数据观测序列进行时间序列分析，并将预测得到的结果用于修复异常值。从仿真实验结果和实际数据实验结果可以看出，该预测值具有良好的修复效果。
光子计数型能谱计算机断层扫描 投影数据噪声 拟合优度检验 一元p-范分布 时间序列分析
1 解放军某部, 湖北 武汉 430000
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 华中光电技术研究所- 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
在各种冷原子干涉测量系统中, 磁光阱(Magneto Optical Trap, MOT)、补偿及偏置磁场控制是不可或缺的关键技术, 稳定、快速的磁场控制直接影响着原子冷却囚禁、干涉等过程中原子团的精密操控。设计了一套高性能的精密磁场控制系统, 电路结构上通过采用精密放大器驱动的低噪声恒流源拓扑, 以降低磁场驱动电流的噪声水平; 控制方式上采用模拟PID+扰动抑制的控制策略, 以提高磁场驱动电流的开关速度。实验室环境下测试结果表明: 当磁场驱动电流输出为1 A的情况下, 电流开启时间优于300 μs, 关断时间优于50 μs, DC(0 Hz)~250 kHz频率范围内总体电流噪声优于-80 dB。最终, 通过在冷原子绝对重力仪/重力梯度仪与冷原子陀螺系统中的应用测试, 所设计的磁场控制模块满足了冷原子干涉系统控制需求, 达到了预期效果。而且通过自主研制, 解决了对商用磁场控制模块的依赖, 促进了量子测量装置的装备化。
精密磁场控制 冷原子干涉仪 恒流源 模拟PID反馈控制 快速电流开关 precision magnetic field control cold atom interferometry constant current source analog PID feedback control fast current switching
红外与激光工程
2023, 52(7): 20220888
红外与毫米波学报
2022, 41(6): 1002
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 超快激光实验室，天津 300072
2 天津职业技术师范大学 电子工程学院，天津 300222
目前，飞秒激光脉冲因脉冲宽度窄和峰值功率高的特点被广泛运用在多种领域中。其中，色散管理光纤锁模激光器因其特有的腔内呼吸机制使输出的激光脉冲能量更高，光谱更宽、脉宽更窄。使用啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器能够实现真正的全光纤结构，提升激光器的紧凑性和稳定性，因此基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器具有更加实际的应用意义。采用数值模拟的方法，研究了基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的掺镱光纤锁模激光器中单模光纤在腔内的不同分布对脉冲动力学过程和输出脉冲参数的影响。系统分析了谐振腔内净色散值不同时，腔内单模光纤的分布对脉冲在腔内的动力学过程的影响。模拟结果表明，在腔内净色散值为负时，啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤越短，光纤激光器维持稳定单脉冲运行的最大泵浦强度更高且输出光谱更宽，从而能够获得脉宽更窄的去啁啾脉冲；腔内净色散值越接近零时，啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤长度对输出脉冲参数作用的影响越显著；腔内净色散值为正时，单模光纤在腔内的分布对输出脉冲影响逐渐减弱，优化单模光纤分布提升锁模激光器性能并不明显。最后，提出了一种通过改变单模光纤在腔内的分布来提高激光器输出性能的优化方法。
光纤激光器 锁模激光器 超快激光 啁啾布拉格光栅 fiber laser mode-locked laser ultrafast laser chirped fiber Bragg gratings 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220226
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
建立了用于描述双端部分端面泵浦板条(Innoslab)激光晶体热源分布的模型。针对700 W双端泵浦Yb∶YAG晶体，利用有限元方法，模拟了晶体在焊接铟层理想和有缺陷状态下的温度分布。理想焊接状态下经模拟得到的晶体表面最高温与实验测得的结果较为一致。借此进一步探究了铟层缺陷尺寸、位置及两相邻缺陷之间距离对晶体温度分布的影响，并对影响程度进行了定量分析。
激光器 激光晶体 Innoslab 热效应 数值模拟 铟层 温度场 中国激光
2022, 49(23): 2301002
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049, China
We demonstrate an efficient ultrafast source with 195 fs pulse duration, 54 W average power at 200 kHz repetition rate and near diffraction-limited beam quality. The compact setup incorporates a thin-disk Yb:YAG regenerative amplifier (RA) and a subsequent nonlinear pulse compression stage with periodic-layered Kerr media (PLKM), which is one of the multiple-thin-solid-plate schemes based on nonlinear resonator theory. In virtue of the formation of quasi-stationary spatial soliton in PLKM, the near diffraction-limited beam quality of the RA remained almost undisturbed after post-compression. The nonlinear pulse compression module is simple and efficient with a transmission of 96%. To the best our knowledge, for pulse energy over 200 μJ, this is the highest output power reported for the multiple-thin-solid-plate scheme. This source manifests an economical combination to mitigate the bandwidth limitations of Yb-based high-power chirped pulse amplifiers.
high-power ultrafast source post-compression self-phase modulation High Power Laser Science and Engineering
2022, 10(2): 02000e10
江苏亨通光纤科技有限公司，江苏 苏州 215200
为了滤除高功率光纤激光器传能光纤包层中的剩余泵浦光、高阶模式激光、纤芯泄漏激光和反射光，提高高功率光纤激光器的光束质量和稳定性，基于自研国产双包层20 μm/ 400 μm传能光纤，以KHF2溶液、玻璃蒙砂膏和HF为腐蚀剂，采用分段腐蚀工艺，并复合应用腐蚀剂，制备了带梯度结构的包层光滤除器。所制备的包层光滤除器在输入泵浦光功率为343 W时，输出功率只有2.22 W，功率衰减系数达21.9 dB。为了在真实应用场景下利用激光器输出端传能光纤包层获得高功率低数值孔径激光，采用自研19 μm/ 400 μm双包层掺镱光纤构建光纤激光系统，在1173 W激光输入时包层光滤除器可滤除208 W低数值孔径包层光，在无主动散热条件下滤除器运行温度稳定在45 ℃以下。基于国产传能光纤制备的包层光滤除器可满足高功率光纤激光器的应用要求，保证了高功率光纤激光器的高光束质量和稳定性。
激光器 包层光滤除器 传能光纤 分段腐蚀 光纤激光器 中国激光
2022, 49(18): 1801003
1 华中科技大学-武汉光电国家研究中心， 湖北 武汉 430074
2 华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心， 湖北 武汉 430223
为了满足海空重力场测量、资源勘探、惯性导航与定位等野外绝对重力测量需求，小型化、可移动和高鲁棒性是工程化原子干涉重力仪的重要发展方向。分析了原子干涉重力仪的原理和结构特点，总结了原子重力仪的主流分类和发展趋势。具体分析了基于可移动原子重力仪的可搬运、车载、机载、电梯运载和船载绝对重力测量试验的原理及目前达到的精度指标。对应用于不同运动载体的可移动重力仪的技术特点和主要指标进行了比较，并初步探讨了用于野外测试的可移动原子重力仪发展方向和应用前景。
冷原子 原子干涉仪 原子重力仪 可移动 绝对重力测量 cold atom atom interferometer atomic gravimeter mobile absolute gravity measurement
1 云南师范大学 能源与环境科学学院，云南 昆明 650092
2 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室，北京 100083
3 中国科学技术大学 量子信息与量子科技前沿协同创新中心，安徽 合肥 230026
4 华南师范大学 华南先进光电子研究院，广东省光信息材料与技术重点实验室，电子纸显示技术研究所，国家绿色光电子国际联合研究中心，广东 广州 510006
利用分子束外延技术在GaSb衬底上生长了高质量的InAs/InAsSb（无Ga）Ⅱ类超晶格。超晶格的结构由100个周期组成，每个周期分别是3.8 nm厚的InAs层和1.4 nm厚的InAs0.66Sb0.34层。在实验过程中出现了一种特殊的尖峰状缺陷。利用高分辨率x射线衍射（HRXRD）、原子力显微镜（AFM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对外延的超晶格进行了表征和分析。结果表明，优化后的样品几乎为零晶格失配，超晶格0级峰半峰宽为39.3 arcsec，表面均方根粗糙度在10 μm×10 μm范围内达到1.72 ?。红外吸收光谱显示50%的截止波长为4.28 μm，PL谱显示InAs/InAs0.66Sb0.34超晶格4.58 μm处有清晰锐利的发光峰。这些结果表明，外延生长的InAs/InAsSb超晶格稳定性和重复性良好，值得进一步的研究。
InAs/InAsSb 超晶格 分子束外延 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料 InAs/InAsSb superlattice MBE Ⅲ-Ⅴ semiconductor materials
