1 西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西西安70054
2 陕西省煤火灾害防治重点实验室，陕西西安710054
3 中石化安全工程研究院有限公司 化学品安全全国重点实验室，山东青岛266000
H2S，CH4多组分气体浓度测量技术的研究对石油石化行业的安全生产有重要意义。基于中红外TDLAS技术， 选用中心波长为8.309 μm的量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)为检测光源，搭建30 m长距离的遥测实验系统，使用WMS波长调制法对H2S，CH4气体的吸收谱线进行连续调谐与扫描，并对高频正弦载波进行了最优深化调制，实现了H2S，CH4多组分气体的同时测量。实验将H2S与5%体积分数的高浓度水汽进行混合测量，分析并验证了该波段的水汽吸收难以对测量造成交叉干扰的优良特性，并利用Savitzky-Golay平滑滤波器提高了检测信号的信噪比。通过遥测实验，分析了15 m，30 m不同遥测距离对检测信号的影响，并利用增加积分时间与计算信噪比的方法，得到了128.75×10-9 m的遥测最低限。最后，Allan方差的计算结果表明，当积分时间为183 s，142 s时，系统对H2S，CH4气体的最低检测下限分别为0.593×10-9和1.160×10-9。本文的研究结果为中红外波段H2S，CH4多组分气体的高灵敏度、同时测量提供了一种有效途径，为多组分气体的遥测应用提供了参考。
中红外 硫化氢 量子级联激光器 多组分气体遥测 mid-infrared hydrogen sulfide Quantum Cascade Laser(QCL) multi-component gas sensing
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
为了提高半导体激光器作为光纤激光器、固体激光器泵浦源的亮度，基于光束准直、空间光束合成、偏振光合成、光纤耦合等技术，提出了一种紧凑的光束整形系统来均衡半导体激光器快慢轴的光束质量，采用类似阶梯型棱镜和两个30°的直角棱镜填充快轴方向暗区，并用偏振合束器对慢轴光束宽度进行压缩的光束整形方案，设计出了一种紧凑的高亮度光纤耦合系统。该系统由8个mini-bar组成的半导体激光器叠阵耦合进芯径为100 μm、数值孔径为0.22的光纤中，其输出功率为272.4 W，光光转换效率为85.1%，亮度高达22.832 MW/（cm2·sr）。
光学设计与制造 泵浦亮度 光束准直 光纤耦合 阶梯型棱镜 偏振合束器 光束整形 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1522002
中国科学院电工研究所微纳加工技术和智能电气设备研究部，北京 100190
利用原子层沉积技术在具有二维结构的石英玻璃上制备出二氧化钛（TiO2）薄膜，并在不同的温度下进行退火处理。对样品的晶体结构、表面形貌、表面粗糙度以及光谱特性进行研究，结果表明：当热处理温度为200~400 ℃时，所制备的二氧化钛薄膜具有较好的锐钛矿结构，无其他杂相存在。随着热处理温度的增加，薄膜晶粒尺寸逐渐增大，薄膜折射率变大，但表面粗糙度均小于0.4 nm。研究了由单层二维结构光栅和光波导层（二氧化钛薄膜）组成的导模共振滤波器，采用严格耦合波理论分析了该装置在不同条件下的光谱特性。结果表明，通过改变光波导层二氧化钛薄膜的折射率，可以控制该装置共振波长的位置，并保持窄线宽特性。该装置的波长控制范围为946.9~967.9 nm，半峰全宽小于0.8 nm。
薄膜 二氧化钛 原子层沉积 导模共振 严格耦合波理论 共振波长
上海工程技术大学 电子电气工程学院，上海 201620
为了克服在数字全息术中激光源高相干度造成的散斑噪声降低成像质量问题，论文提出将石英退偏器与电控液晶散射片相结合用于数字全息术中。通过在物光路中加入一个石英退偏器，利用退偏器的退偏性能使物光光路中的线偏光变成随机偏振光，降低与参考光的相干程度，实现对散斑噪声的抑制；通过给液晶散射片外加电场可以引起液晶分子的运动和光轴取向改变，调整液晶驱动电压大小来改变入射光的不同散射效果，有效地降低了光源的相干性；分别将单独采用石英退偏器和电控液晶散射片的重建图像与组合装置的重建图像进行对比分析，通过实验验证了所提方法的有效性。实验结果表明：两种实验对象在组合装置下的重建像峰值信噪比分别达到16.91和18.30，结构相似度为0.47和0.43，等效视数较原始重建像提高了42%和30%，散斑指数为1.52和1.29。论文提出的方法可较好地去除散斑噪声，保留更多的图像细节部分。
数字全息 噪声抑制 液晶 退偏器 偏振态 digital holography noise suppression liquid crystal depolarizer polarization state
1 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
在近红外区域，利用波长调制光谱技术进行气体浓度检测时，光学元件以及电子器件的噪声会影响二次谐波信号的信噪比。为了抑制噪声，提出一种基于经验模态分解、去趋势波动分析和小波自适应阈值的复合降噪算法。该算法针对传统经验模态分解降噪算法中存在的有用信号缺失的问题，利用去趋势波动分析优化对于信息主导本征模函数的筛选，将筛选出的信息主导本征模函数进行信号重构，再用小波自适应阈值算法提高降噪精度。将提出的算法与经典的降噪算法进行对比评估，提出的算法降噪后的二次谐波信号与原二次谐波信号的互相关系数为99.9018%，均方根误差为0.0087%。通过对实验中实际得到的二次谐波信号进行去噪，结果表明提出的算法去噪效果明显，能够保留有用的信息点。
光谱学 波长调制光谱技术 二次谐波 经验模态分解 去趋势波动分析 小波自适应阈值函数 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0730001
利用电化学法制备了大尺寸有序结构的AgO电极材料，对样品的晶体结构、物相组成、微观结构、形成机理以及放电性能进行了研究。结果表明：制备的AgO材料具有较强的(002)取向，无其他杂相存在。在电场力和气体析出的共同作用下，AgO材料通过自组装定向排列形成有序柱状结构，柱直径为1~3 μm，这种结构有利于电解质溶液在电极中的扩散，降低极化效应，使得大尺寸AgO电极的放电性能大幅度提高。AgO电极在770 mA/cm2的放电电流密度下，放电截止电压1.5 V时的平均电压为1.67 V，电化学利用率为75.6%，提高了大倍率放电性能和利用率。实现大尺寸AgO电极材料小批量制备，能够满足工业化生产和应用。
氧化银 电极材料 有序结构 大倍率放电 silver oxide electrode materials ordered structure high-rate discharge
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
报道了一种由ZnO纳米棒和CuCr1－xMgxO2薄膜组成的新型紫外光电探测器。采用溶胶凝胶法制备CuCr1－xMgxO2薄膜后在水热条件下生长ZnO纳米棒，然后使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及分光光度计对CuCr1－xMgxO2/ZnO的形貌、结构和吸收特性进行表征，研究了CuCrO2/ZnO和CuCr1－xMgxO2/ZnO探测器的紫外光电探测性能。紫外探测实验结果表明：该探测器具有快速响应特性，在－10 V测试电压下的光暗电流比约为CuCrO2/ZnO的2.6倍，响应度相比CuCrO2/ZnO提高了2.3 A/W。CuCr1－xMgxO2/ZnO探测器具有优良的探测性能，而且制备工艺简单，成本低，可批量生产，是一种性能优良的光电探测器，在紫外检测方面具有多种应用。
探测器 Mg2+掺杂 溶胶凝胶法 响应度 光暗电流比 光学学报
2022, 42(14): 1423001
1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
设计了一种尺寸可调谐的局域空心光束，通过轴棱锥与透镜距离的调节改变局域空心光束的尺寸，通过矩形光阑的调节使局域空心光束产生缺口。用MATLAB模拟了局域空心光束在调控中的尺寸变化和开闭口变化，以及轴棱锥之后的贝塞尔光束的变化，通过模拟和实验分别展示了局域空心光束由形成到闭合的过程。用MATLAB模拟了金粒子在局域空心光束中受到的梯度力、散射力以及二者的合力，然后根据横向梯度力与纵向梯度力判断粒子通过缺口进入光场后的首次捕获情况，并根据分析计算出了能够囚禁住的金粒子的尺寸。
光学设计 局域空心光束 尺寸调谐 光场缺陷 粒子囚禁 梯度力 散射力 中国激光
2022, 49(13): 1305002
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of High-power Semiconductor Lasers, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China
A novel harmonic mode-locked fiber laser based on nonlinear multimode interference (NL-MMI) in a microfiber-assisted ultrafast optical switch is proposed in this Letter. The microfiber-assisted ultrafast optical switch can be obtained by tapering the splicing point of the graded-index multimode fiber (GIMF) and single-mode fiber, which not only helps to shorten the self-imaging period in GIMF to relax the strict requirement of NL-MMI on the length of multimode fiber, but also improves the harmonic order. In the experiment, with the waist diameter of , the repetition rates of the fiber laser can be stably locked at 285 MHz, corresponding to the 16th-order harmonic mode-locking, with the pulse duration of 1.52 ps. Our results provide novel insight into the design of a high-repetition-rate laser and the application of microfibers in the mode-locking device.
multimode interference optical fiber devices laser mode-locking Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 010601
