作者单位
摘要
1 西安交通大学电气工程学院,电气绝缘与电力设备国家重点实验室,陕西 西安 710049
2 西安交通大学电子科学与工程学院,电子物理与器件教育部重点实验室,陕西 西安 710049
面向天然页岩与砂岩矿物元素组分快速定量分析的检测需求,笔者搭建了具有自动化分析功能的显微分析激光诱导击穿光谱系统,并采用该系统对油气页岩与砂岩天然岩石样本进行了快速检测。分析了砂岩与页岩光谱的不确定度差异,形成了流程化的包括光谱数据提取、筛选、校正、归一化的预处理方法,有效降低了单一样本与样本间光谱不确定度。基于偏最小二乘回归,形成了模型输入参数优化流程,避免了模型过拟合与欠拟合,提高了定量预测准确度。对岩石中的Si、Ca、Fe、Al、Mg等元素进行了定量分析,多数样本的平均预测均方根误差小于1%。本研究为天然岩石的矿物组分分析与岩性识别提供了技术支持。
光谱学 激光诱导击穿光谱 页岩 砂岩 光谱预处理 元素定量分析 
中国激光
2024, 51(8): 0811002
作者单位
摘要
1 西安交通大学电气绝缘与电力设备国家重点实验室,陕西 西安 710049
2 中国原子能科学研究院,北京 102413
3 西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室,陕西 西安 710049
针对核工业辐照环境下铀等元素组分远程测量的需求,基于光纤式激光诱导击穿光谱系统,研究了铀矿石样品中铀元素谱线强度的影响因素及其定量测量方法。在实验中,采用光纤传输30 mJ脉冲激光并将其聚焦在铀矿石粉末压片上产生激光诱导等离子体,然后通过同轴光纤回传等离子体自发光。首先,研究了气氛环境对铀元素谱线的影响。结果显示:氦气气氛下铀质量分数为0.425%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比相比空气气氛下提高了1.37倍,同时,氦气气氛下铀质量分数为0.0726%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比达到了8.9。其次,根据谱线信噪比、信背比和净强度将系统的探测延时优化至1000 ns。最后,提出了一种基于内标法原理的多元线性定标方法,通过引入基质元素与铀的谱线比值进行回归,使得铀的检测限达到142 mg/kg,定量限达到426 mg/kg。与基于谱线峰值的单变量回归方法相比,所提多元线性定标方法将铀元素的定标决定系数R2从0.9711提升到0.9984,均方根误差从0.200%减小到0.0404 %。本文方法和研究结果可为铀元素含量的测量提供技术支撑。
光谱学 激光诱导击穿光谱 铀矿 元素检测 多元定标法 
中国激光
2024, 51(8): 0811001
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
3 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
The high-power mode-programmable orbital angular momentum (OAM) beam has attracted significant attention in a wide range of applications, such as long-distance optical communication, nonlinear frequency conversion, and beam shaping. Coherent beam combining (CBC) of an optical phased array (OPA) can offer a promising solution for both generating the high-power OAM beam and rapidly switching the OAM modes. However, achieving real-time phase noise locking and formation of desired phase structures in a high-power CBC system faces significant challenges. Here, an internal phase-sensing technique was utilized to generate the high-power OAM beam, which effectively mitigated thermal effects and eliminated the need for large optical devices. An OPA with six elements was employed for experimental demonstration. The first effective generation of over 1.5 kW mode-programmable OAM beam in a continuous-wave domain was presented. Moreover, the results demonstrated that the generated OAM beam could be modulated with multiple dimensions. The topological charge can be switched in real time from -1 to -2. Notably, this OAM beam emitter could function as an OAM beam copier by easily transforming a single OAM beam into an OAM beam array. More importantly, a comprehensive analysis was conducted on power scaling, mode switching speed, and expansion of OAM modes. Additionally, the system’s compact design enabled it to function as a packageable OAM beam emitter. Owing to the advantages of having high power and programmable modes with multiple dimension modulation in phase structures and intensity distribution, this work can pave the way for producing high-power structured light beams and advancing their applications.
orbital angular momentum optical vortex optical phased array coherent beam combining 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021402
周朴 1,**粟荣涛 1,2,3,*马阎星 1,2,3吴坚 1[ ... ]李俊 1
作者单位
摘要
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
3 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室,湖南 长沙 410073
4 国防科技大学信息通信学院,湖北 武汉 430035
5 国防科技大学试验训练基地,陕西 西安 710106
主动相位控制光纤激光相干合成是突破单束光纤激光功率极限,实现更高功率输出,同时保持高光束质量的有效技术途径。本文结合国内外研究进展,介绍近20年来课题组在相关领域取得的代表性成果,并对未来发展方向进行分析研判。
光纤激光 相干合成 主动相位控制 
光学学报
2023, 43(17): 1700001
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
We experimentally demonstrated a cascaded internal phase control technique. A laser array with 12 channels was divided into three sub-arrays and a stage array, and phases of the sub-arrays and the stage array were locked by four phase controllers based on the stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm, respectively. In this way, the phases of the whole array were locked, and the visibility of the interference pattern of the whole emitted laser array in the far field was 93%. In addition, the technique has the advantage of element expanding and can be further used in the high-power coherent beam combination (CBC) system due to its compact spatial structure.
coherent beam combining laser array cascaded control internal phase control 
Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 081402
周朴 1蒋敏 2吴函烁 1,3邓宇 1[ ... ]冷进勇 1,3
作者单位
摘要
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 试验训练基地,陕西 西安 710106
3 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
光纤激光是20世纪以来国内的研究热点。国防科技大学在光纤激光方向的研究始于“十一五”期间,至今已有约15年的历程,取得了一系列同行认可的研究成果。学校光纤激光的研究主体依托于光学工程学科。光学工程学是学校的优势学科之一,近几轮学科评估中得到了很好的成绩,为光纤激光方面的研究提供了高水平的科研平台和人才队伍等;另一方面,光纤激光的发展也受益于学校学科门类比较齐全的优势和在学科交叉方面的有益探索与实践。文中从学科交叉视角,梳理学校光纤激光学科方向与电子、材料、控制、智能、纳米等学科方向交叉取得的若干重要突破,从科研范式演进、学科主体驱动、应用需求牵引和科教融合发展等四个方面分析交叉科学研究和交叉学科建设面临的机遇。
光学工程 学科交叉 光纤激光 相干合成 脉冲激光 optical engineering interdisciplinary fiber laser coherent synthesis pulsed laser 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230334
王涛 1李灿 1,*刘洋 2任博 1[ ... ]周朴 1
作者单位
摘要
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200062
3 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
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。
相干合成 相干偏振合成 超快激光 光纤激光 coherent beam combination coherent polarization beam combination ultrafast laser fiber laser 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20220869
于庆南 1,*李可 1王新宇 1吴坚 2[ ... ]李晖 1
作者单位
摘要
1 无锡学院电子信息工程学院,江苏 无锡 214105
2 北京航空航天大学物理学院,北京 100191
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
研究一种基于富铟团簇(IRC)效应的新型高应变InGaAs/GaAs自适应阱簇复合(WCC)量子结构,该结构具有比较灵活的能带调控能力,可产生一种特殊的偏振双峰光谱。为探究该WCC结构的偏振双峰辐射机制及能带特征,利用IRC效应生长获得了自适应WCC结构,并测量了该新型结构的偏振光致发光(PL)光谱,在横向电场(TE)和横向磁场(TM)模式下,PL光谱皆显示出特殊的双峰结构。这主要是铟原子的自适应迁移导致有源层同时存在铟组分正常和铟组分降低的InxGa1-xAs材料所致。根据半导体激光器的跃迁矩阵元理论和PL光谱的双峰能量间距,阐明不同偏振模式下的光谱双峰与多组分InxGa1-xAs材料的对应辐射机制,同时确定该WCC结构的混合能带特征。该研究内容对IRC效应和新型WCC发光结构的发展和应用具有重要研究意义。
半导体激光器 InGaAs/GaAs 富铟团簇 偏振双峰光谱 混合能带 
光学学报
2023, 43(10): 1014006
作者单位
摘要
1 国防科技大学前沿交叉学科学院,脉冲功率激光技术国家重点实验室,高能激光技术湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,创新实验室,纳米器件与应用重点实验室,纳米光子材料与器件重点实验室,江苏 苏州 215123
3 武汉科技大学耐火材料和冶金学国家重点实验室,湖北 武汉 430081
4 上海交通大学物理与天文学院,上海 200240
5 梧州学院电子与信息工程学院,广西 梧州 543001
碲烯具有宽带吸收、高迁移率和独特的拓扑性质,在红外光学应用领域被寄予厚望。本团队利用化学气相输运方法制备了高结晶性碲烯纳米片;结合精准的端面转移技术,获得了利于光纤集成的可饱和吸收体;基于碲烯的非线性饱和吸收特性,在1.55 μm波段实现了稳定的被动调Q脉冲输出,中心波长约为1558 nm,脉冲宽度约为1.44 μs,重复频率在87~133 kHz范围内可调。本研究结果拓展了新型碲烯纳米材料的应用场景,为可调谐脉冲激光提供了解决方案。
激光器 纳米材料 可饱和吸收体 被动调Q 可调谐脉冲激光 碲烯 
中国激光
2023, 50(1): 0113019
作者单位
摘要
国防科技大学 前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
窄线宽光纤激光器在遥感探测、非线性频率转换和光束合成等领域具有重要的应用价值。介绍了窄线宽光纤激光振荡器的典型谐振腔结构及其工作原理,从实现更窄线宽的角度梳理了单频选模技术,从获得更高功率的角度梳理了功率提升技术,综述了窄线宽光纤激光振荡器的研究现状,并对窄线宽光纤激光技术的发展进行了展望。
光纤激光 窄线宽 单频 高功率 fiber laser narrow linewidth single-frequency high power 
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210879

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