High-power ultrafast laser amplification based on a non-polarization maintaining fiber chirped pulse amplifier is demonstrated. The active polarization control technology based on the root-mean-square propagation (RMS-prop) algorithm is employed to guarantee a linearly polarized output from the system. A maximum output power of 402.3 W at a repetition rate of 80 MHz is realized with a polarization extinction ratio (PER) of > 11.4 dB. In addition, the reliable operation of the system is verified by examining the stability and noise properties of the amplified laser. The M² factor of the laser beam at the highest output power is measured to be less than 1.15, indicating a diffraction-limited beam quality. Finally, the amplified laser pulse is temporally compressed to 755 fs with a highest average power of 273.8 W. This is the first time, to the best of our knowledge, that the active polarization control technology was introduced into the high-power ultrafast fiber amplifier.

超快光纤激光相干合成技术是突破飞秒激光单根光纤功率提升受限的有效技术手段。基于光纤拉伸器锁相，并结合随机并行梯度下降（SPGD）算法，成功实现了两路超快激光相干偏振合成。该锁相方案不仅避免了采用常规电光相位调制器对脉冲信号造成的光谱调制，而且可有效降低系统的插入损耗，提高相位调制范围、耐受功率以及前级光源系统的紧凑性与鲁棒性。合成的最高功率为10.9 W，最高功率下合成效率为90.1%，闭环状态下锁相残差为λ/31。实验结果表明，采用光纤拉伸器和SPGD算法组成的相位控制系统，在超快激光相干合成领域具有较强的发展潜力。合成的脉冲在最高功率下可压缩至494 fs，压缩效率为73.3%，对应的单脉冲能量为3.99 μJ。

大气水汽的吸收强度从微波区域到可见蓝光区域逐渐降低, 然而在紫外波段的吸收却经常被人忽略。 多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)技术是一种被动光学遥感技术, 可以同时反演气溶胶、 多种痕量气体(如NO₂, SO₂, HCHO, HONO等)以及水汽, 常用于区域大气立体分布及输送监测, 具有成本低、 时间分辨率高、 稳定、 可实时监测等特点。 水汽是一种重要的温室气体, 在紫外波段反演一些痕量气体时水汽的吸收经常不被考虑, 可能对紫外波段痕量气体的反演造成影响, 从而产生系统误差。 介绍了基于MAX-DOAS对紫外波段大气水汽的反演, 于2020年6月1日—9月24日在西安乾县进行观测, 通过选取最优反演波段, 并将反演结果与可见蓝光波段的水汽进行对比, 证实了紫外波段存在水汽吸收, 评估了紫外水汽的吸收对同波段痕量气体反演的影响。 首先, 根据不同拟合波段反演的水汽均方根误差(RMS)以及水汽和O₄的吸收截面情况, 选取紫外和可见蓝光波段水汽的最优反演波段分别为351~370和434~455 nm。 其次, 通过DOAS拟合得到紫外和可见蓝光波段O₄和H₂O的对流层差分斜柱浓度(DSCD), 分别将紫外和可见波段的O₄ DSCD和H₂O DSCD做相关性分析, 两个波段O₄ DSCD的相关系数r=0.85, H₂O DSCD的相关系数r=0.80。 为消除不同波段的辐射传输差异, 将同波段的H₂O DSCD和O₄DSCD作比值, 两个波段H₂O DSCD/O₄DSCD的相关系数r=0.89。 紫外和可见蓝光波段H₂O DSCD/O₄DSCD的高相关系数表明, 即使在相对沿海城市水汽浓度较低的西安市, 在363 nm附近的紫外波段同样存在水汽吸收, 这将会对采用DOAS技术在紫外波段反演其他痕量气体造成影响。 最后, 分别对可能受紫外波段水汽吸收影响的气体(O₄, HONO和HCHO)进行DOAS反演误差评估, 紫外波段水汽的吸收将使O₄ DSCD, HONO DSCD以及HCHO DSCD在DOAS拟合过程中增加, 分别对应于+1.16%, +8.55%和+9.04%的变化。

HONO作为大气OH自由基的前体物和重要贡献源, 影响着大气中污染物的氧化降解, 控制着对流层大气的自净能力, 对灰霾和光化学烟雾形成起到重要作用, 同时受污染排放特征、 垂直传输和混合、 非均相反应和大气光氧化等影响, HONO具有明显的垂直分布特征, 因此探究大气中HONO的垂直分布特征对于了解大气灰霾和光化学污染的形成和控制都十分重要。 MAX-DOAS作为一种被动遥感技术, 能够快速有效地获取大气中污染物的立体分布特征。 采用MAX-DOAS仪器对合肥市科学岛2017年12月冬季大气HONO和NO₂进行了立体探测, 通过基于最优估算的气溶胶和痕量气体廓线反演算法PriAM获取了两种气体的垂直分布特征。 研究结果表明, 在观测期间NO₂在近地面10 m内体积混合比(VMR)和垂直柱浓度(VCD)的范围分别在0.51×10¹¹~20.5×10¹¹ molecules·cm^-3和6.0×10¹⁵~5.5×10¹⁶ molecules·cm^-2, 在垂直方向上其浓度主要集中在1 km内, 且在近地面浓度混合均匀。 HONO的VMR和VCD分别在0.03×10¹⁰~5.1×10¹⁰ molecules·cm^-3和3.5×10¹⁴~7.0×10¹⁵ molecules·cm^-2之间, 浓度高值出现在100 m内, 浓度随高度的升高而明显下降。 通过对HONO和NO₂的对比发现, HONO/NO₂比值在0.17%~16.0%(VMR)和1.0%~25.0%(VCD)之间, 表明研究期间HONO主要来自于NO₂的转化。 对冬季一次典型污染过程(2017.12.26—2017.12.31)分析, HONO/NO₂的比值大于5%, 且HONO的浓度值升高(大于0.26×10¹¹ molecules·cm^-3), 表明污染条件下NO₂向HONO的转化作用变强。 结合风场信息研究发现, 污染期间研究区域的NO₂和HONO浓度受到合肥市城区、 安徽北部和西北部地区传输的影响。