强激光与粒子束
2024, 36(1): 011001
1 国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
光纤光栅(FBG)在高功率光纤振荡器中发挥着重要作用,既可以作为谐振腔腔镜,又可以抑制受激拉曼散射(SRS)效应。使用飞秒激光在芯径为30 μm的大模场双包层光纤(LMA-DCF)上刻写了波长为1080 nm的FBG对以及波长为1135 nm的啁啾倾斜光纤光栅(CTFBG),利用FBG对搭建了全光纤振荡器,并使用CTFBG抑制了SRS,实现了9 kW激光功率输出,斜率效率为83.4%。研究结果有利于推动高功率FBG的研制和高功率光纤振荡器的发展。
光纤光学 飞秒激光 光纤振荡器 高功率激光器 受激拉曼散射 光纤光栅
中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800
掺镱大模场光子晶体光纤在高峰值功率超快激光放大器中有着重要的应用价值,其研究得到了广泛关注。首先简要介绍了国内外掺镱大模场光子晶体光纤的研究进展,阐述了掺镱大模场光子晶体光纤的基本设计思路,对比说明了保偏型掺镱光子晶体光纤的设计制备方法。重点介绍了近十年来中国科学院上海光学精密机械研究所在掺镱大模场光子晶体光纤方面的研究进展。包括掺镱大模场光子晶体光纤的纤芯折射率大小和均匀性控制、光子晶体光纤微结构控制等关键技术。采用自主研制的四种芯径为40~100 μm的掺镱大模场光子晶体光纤开展了皮秒脉冲激光放大实验。利用40 μm芯径的保偏掺镱光子晶体光纤实现了平均功率为100 W、光束质量因子(M2)小于1.4的稳定输出,偏振消光比为12 dB。利用100 μm芯径的保偏掺镱大模场光子晶体光纤实现了M2小于1.5的高光束质量脉冲放大。上述研究为掺镱大模场光子晶体光纤的国产化应用奠定了基础。
光纤光学 掺镱石英玻璃 大模场光子晶体光纤 皮秒脉冲激光放大 光纤激光
1 国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
啁啾倾斜光纤布拉格光栅(CTFBG)是高功率光纤激光系统中抑制受激拉曼散射(SRS)的关键器件。使用飞秒激光在50 μm/400 μm光纤上研制了可承受10 kW激光功率的CTFBG。CTFBG插入损耗为0.03 dB,制冷后的功率温升系数仅为2.4 ℃/kW,验证了飞秒激光刻写的CTFBG具有优异的功率承受能力。
光纤光学 飞秒激光 高功率光纤激光器 受激拉曼散射 光纤布拉格光栅 啁啾倾斜光纤布拉格光栅
糖度是影响鲜食葡萄品质与风味的关键因素, 对其可溶性固形物SSC的检测具有切实需求。 近年来, 随着芯片级光谱传感器的生产技术趋于成熟, 具有高精确性与稳定性的片上光谱传感器为可见/近红外检测技术开辟了新的途径。 设计、 搭建、 测试了一套体积小、 易操作、 低成本的用于鲜食葡萄糖度无损检测的光学系统。 系统以两块搭载芯片级光谱分析技术的新一代可见/近红外光谱传感器AS7263(美国AMS半导体公司)为核心元件。 每个AS7263传感器具有6个集成了纳米光干涉滤波器的数字光谱通道和一个可通过单芯片准确控制电流(1~100 mA)的LED光源。 传感器光谱通道的中心波长范围610~860 nm; 两个LED光源的中心波长分别为730和850 nm, 半峰全宽(FWHM)为50 nm。 首先, 运用此原型在避光环境下采集276颗巨峰葡萄浆果的光谱信息; 用手持式PAL-1糖度仪检测样本SSC(°Brix)并计算基于t分布的样本糖度真值SSCt: SSCt0.9与SSCt0.95。 其次, 针对样本原始光谱数据, 采用PCA提取主成分, 根据得分因子分布, 剔除了16个位于置信区间外的异常样本; 进一步采用一阶导数First Derivative(FD)、 归一化Normalization(0, 1)与标准化Standardization(0, 1)3种方式做数据预处理, 求取样本在12个通道下的吸光度A或Kubelka-Munk函数值F(R)。 针对可见/近红外光谱自变量之间具有多重相关性、 光谱信息与糖度信息之间非线性相关的特点, 建立PLS-BP神经网络糖度预测模型(自变量为吸光度A或F(R)值, 因变量为SSCt)。 结果显示, 当t分布的置信概率为0.95、 光谱预处理方式为Standardization(0, 1)、 光谱信息指标为吸光度A时所建立的预测模型精度最高: 决定系数rp2为0.93、 均方根误差RMSEP为0.181、 预测集偏差Bias为-0.01、 残留预测偏差RPD为3.78, 可认为模型具有较高精度与较好适应性对葡萄SSC做出预测。 最后, 结合实验结果, 作了葡萄浆果SSC光谱检测原理的分子尺度分析: 在各分子振动类型中, O—H键伸缩振动的3倍频、 4倍频, O—H键剪式振动与伸缩振动3倍频、 4倍频的合频, CO键伸缩振动的8倍频、 9倍频为可见/近红外光谱检测的有效振动频率。 该研究为未来工业与消费领域在线质量检测设备的高精度化、 便携化、 低成本化提拱了技术参考。
可见/近红外技术 鲜食葡萄 可溶性固形物 智能光谱传感器 BP神经网络 偏最小二乘法 Vis/NIR Table grapes SSC Smart spectral sensor BP neural network PLS 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2146
齐鲁工业大学(山东省科学院) 激光研究所,济南 250104
针对地面成熟三相流相含率测量传感器无法适应井下高温高压腐蚀的复杂环境,现有井下测量设备复杂,需要多种传感器和探头联合才能实现三相流相含率测量的问题,设计了一种光纤探针传感器。以蓝宝石作为光纤探针的前端敏感材料,利用气相和液相对光的折射率不同,通过检测探针反射光的光强来分辨光纤探针处于气相还是液相。通过检测经探针耦合进光纤的荧光光强分辨水相还是油相,从而实现单一探针传感器对油井内油相、水相、气相三相相含率的测量。
光纤传感 光纤探针 三相流 相含率 optical sensing and sensors optical fiber probe three-phase flow phase holdup
1 枣庄学院 光电工程学院,山东 枣庄 277100
2 枣庄学院 信息科学与工程学院,山东 枣庄 277100
提出一种石墨烯-金属超材料复合太赫兹传感器,充分利用石墨烯能带Dirac点附近费米能级对样品的灵敏响应结合超材料表面强局域电场实现了对谷氨酸溶液浓度的多维超灵敏传感。实验结果表明,传感器在频率f =0.58 THz处存在一个明显的透射峰,且该透射峰幅值随谷氨酸溶液浓度的增加先升高后降低。若以透射峰幅值作为传感指标,器件能够探测到的最低浓度在10−1 fg/mL量级。另外,从传感器的透射波相位差-频率关系曲线中提取的斜率与浓度具有类线性关联,这意味着相位差信息也可以作为有效的传感指标。结合透射幅值和相位差两个传感指标,器件可以实现对谷氨酸溶液浓度的超灵敏精确检测。文中提出的器件为发展基于太赫兹超材料的超灵敏氨基酸传感器提供了帮助。
太赫兹超材料 传感器 石墨烯 多维超灵敏 terahertz metamaterials sensors graphene multi-dimension and ultra-sensitivity 红外与激光工程
2023, 52(9): 20230045
Author Affiliations
Abstract
1 Chinese Academy of Sciences, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou Institute for Advanced Study, Hangzhou, China
4 South China University of Technology, School of Materials Science and Engineering, State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices, Guangzhou, China
Ultrashort pulses at 920 nm are a highly desired light source in two-photon microscopy for the efficient excitation of green fluorescence protein. Although Nd3 + -doped fibers have been utilized for 920-nm ultrashort pulse generation, the competitive amplified spontaneous emission (ASE) at 1.06 μm remains a significant challenge in improving their performance. Here, we demonstrate a coordination engineering strategy to tailor the properties of Nd3 + -doped silica glass and fiber. By elevating the covalency between Nd3 + and bonded anions via sulfur incorporation, the fiber gain performance at 920 nm is enhanced, and 1.06-μm ASE intensity is suppressed simultaneously. As a result, the continuous-wave laser efficiencies and signal-to-noise ratio at 920 nm by this fiber are significantly enhanced. Importantly, the stable picosecond pulses at 920 nm are produced by a passive mode-locking technique with a fundamental repetition rate up to 207 MHz, which, to the best of our knowledge, is the highest reported repetition rate realized by Nd3 + -doped silica fibers. The presented strategy enriches the capacity of Nd3 + -doped silica fiber in generating 920-nm ultrashort pulses for application in biophotonics, and it also provides a promising way to tune the properties of rare-earth ion-doped silica glasses and fibers toward ultrafast lasers.
rare-earth-doped fiber ultrashort pulse high repetition rate fiber laser Advanced Photonics Nexus
2023, 2(6): 066002