1 浙江大学 光电科学与工程学院 极端光学技术与仪器全国重点实验室, 浙江 杭州310027
2 浙江省计量科学研究院, 浙江 杭州310018
3 浙江省能源与环境保护计量检测重点实验室, 浙江 杭州310018
针对气体激光遥测光信号微弱、环境因素干扰强等特点，结合波长调制技术，设计和研究了用于TDLAS激光遥测的高灵敏度光电探测电路(Highly Sensitive Photoelectric Detection Circuit, HSPDC)。基于波长调制技术，确定了TDLAS信号噪声抑制方法；采用光电二极管理想模型，分析了光电探测电路的线性响应特性并确定了光电二极管的关键参数；基于级联放大原理设计、仿真并对HSPDC进行测试。结果表明：所设计HSPDC的光功率检测下限为0.11 nW，信号衰减仅为0.79 dB(f=10 kHz)，截止频率较现有108 V/A跨阻放大电路高一个数量级，可用于高速调制微弱光信号的探测。搭建了气体激光遥测系统，当调制频率为3 kHz时，激光遥测系统获得了良好的检测性能，检测灵敏度达到88.66 mV/ppm，检测限优于0.565 ppm，线性拟合度R2为0.9996。研究表明，研制的HSPDC光电探测电路具有响应速度快、检测灵敏度高等优点，可集成化，能满足气体激光遥测应用需求。
光电探测 跨阻放大 TDLAS 开放光路 激光遥测 photoelectric detection transimpedance amplification TDLAS open light path laser telemetry
气相过氧化氢为强氧化剂, 其消毒、 灭菌的最终产物为水和氧气, 具有无残留、 安全、 快速消毒以及广泛的材料兼容性等优点。 广泛应用于制药、 医疗、 卫生、 生物安全等领域, 特别是新冠肺炎、 MERS、 SARS以及甲流等呼吸类传染性疾病的消毒防治。 为保证灭菌效果, 防止无菌检查的假阴性或者假阳性, 需要对过氧化氢的浓度进行监测。 基于1 255 cm-1量子级联激光器可调谐激光吸收光谱技术研制了一套气相过氧化氢浓度测量装置, 浓度测量范围为0~1 800 ppm。 采用V型光路结构、 窗口片将检测仪主要部件与过氧化氢进行隔离, 避免过氧化氢腐蚀。 针对高浓度、 高吸光度时一阶泰勒级数近似透射率函数误差较大这一情况, 采用二阶泰勒级数近似透射率函数, 导出了二次谐波信号关于气体浓度的二次函数。 二次谐波信号测得是电压值, 采用高锰酸钾滴定法对其进行标定、 溯源。 最终得到气相过氧化氢浓度的测量公式, 对高低浓度过氧化氢都拟合较好, 拟合误差最大为3%。 当湿度变化时, 二次谐波信号没有发生变化, 排除水分对过氧化氢测量的影响, 适用于灭菌过程中常压下高浓度VHP的浓度测量。
吸收光谱 可调谐激光吸收光谱技术 气相过氧化氢 中红外 Absorption spectroscopy Tunable diode laser absorption spectroscopy Vapor hydrogen peroxide Mid infrared 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1102
考虑了动态 Stark 移位,通过计算双光子过程中压缩相干态的保真度,讨论了双光子 J-C 模型中能级的动 态 Stark 移位和光场的压缩因子 对量子态保真度的影响。研究表明:保真度的演化呈现明显的量子崩塌－复苏振荡。当考虑动态 Stark 移位时, 通过比较可以明显看出,在量子信息的处理和传递过程中,原子、场和系统的保真度明显好于不考虑动态 Stark 移位的情形。 初始场强调制了原子、场和系统保真度演化的量子崩塌复苏周期,使场保真度演化中的振荡脉冲变窄。同时,压缩因子 影响着体系中原子和场之间的能量交换。
量子光学 压缩相干场 双光子跃迁 保真度 动态Stark移位 quantum optics squeezed coherent field two-photon transition fidelity dynamic Stark shift
采用相互作用绘景,利用全量子化方法研究了压缩相干态光场与两个耦合二能级原子相互作用过程中,光子统计演化的规律;讨论了光场的压缩因子γ,相干振幅分量模平方|α|2、原子-场的耦合系数λ和原子间的耦合系数g对受激辐射场的平均光子数〈n(t)〉的影响,并揭示了它们之间的联系.
量子光学 耦合二能级双原子 压缩相干态 平均光子数 quantum optics two coupling two-level atoms squeezed coherent state mean photon number
利用全量子理论,在相互作用绘景中研究了两个耦合二能级原子与单模压缩相干态光场相互作用系统粒子布居几率的时间演化规律;分别讨论了光场的相干振幅分量模平方|α|2、光场的压缩因子γ、原子间的耦合系数g和原子-场的耦合系数λ对系统粒子布居几率的影响.
偶极-偶极相互作用 压缩相干态光场 粒子布居几率
研究了在充满Kerr介质的高Q腔中V型三能级原子与压缩相干态光场相互作用系统Mandel因子Q(t)的时间演化规律;讨论了Kerr介质强度系数μ、光场压缩因子γ、光场相干振幅分量模平方|α|2和原子-场的耦合系数λ对光子统计分布特性的影响.结果发现:μ、γ、|α|2和λ都影响了Mandel因子Q(t)演化曲线量子崩塌-复苏效应的周期性,同时,也影响了受激辐射场的光子统计分布的状态和特性.
量子光学 Kerr介质 Sub-Poisson光子统计 压缩相干态光场 Mandel因子Q(t) V型三能级原子 quantum optics Kerr medium sub-poisson photon statistics squeezed coherent state light field Mandel factor Q（t） V-type three-level atom
1 南京理工大学理学院应用物理系,南京,210014
2 江西师范大学物理系,南昌,330027
本文研究了在Kerr介质中单模相干场与"A"型三能级原子相互作用的场熵演化规律,讨论了Kerr介质及初始场的平均光子数(初始场强)对场熵演化的影响.研究结果表明:初始场的平均光子数n影响了场熵演化的周期性,在初始场强n不太大(约n＜40)的情况下,随着n的增加,场熵演化曲线的均值不断增大,光场与原子的关联程度增强;而在强场条件下(约n＞40),初始场强n的增加将导致光场与原子的关联程度逐渐减弱直至脱耦.Kerr介质强度系数μ同样影响着场熵演化的周期性,随着μ的增大,场?匮莼叩腞abi振荡频率明显变快,而其最大值却不断减小,这表明:场熵敏感于Kerr介质的非线性相互作用,非线性Kerr介质的存在会削弱场与原子的相互作用.
Kerr介质 "A"型三能级原子 场熵演化 约化密度算符 Kerr medium Λ-type three-level atom evolution of the field entropy reduced density operator
1 南京理工大学应用物理系,南京,210014
2 江西师范大学物理系,南昌,330027
采用全量子理论,研究了充满Kerr介质的高Q腔中级联型三能级原子与单模相干光场相互作用系统原子占居态几率的时间演化规律;讨论了原子场模间的耦合系数λ、初始场的平均光子数(初始场强)和 Kerr介质强度系数μ对原子占居态几率的影响.
Kerr效应 级联型三能级原子 原子占居态几率
