1 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
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
3 华东师范大学重庆研究院，重庆 401121
描述一种基于高速光学异步采样(ASOPS)方法的太赫兹光谱数据采集系统，使用两台重频差为50 Hz的飞秒脉冲激光器分别作为泵浦光和探测光；使用LT-InGaAs/InAlAs光电导天线产生和接收太赫兹信号，使用采样率可调、采样模式可选的数据采集系统采集时域信号和获取光谱。试验得到的谱宽为0.06~4 THz，信噪比大于60 dB。在301.6 Msa/s的采样率和50 Hz扫描频率下，试验测量的水蒸气吸收光谱中吸收线的频率与HITRAN数据库中公布的非常接近，最大误差为12 GHz。
太赫兹时域光谱 光学异步采样 数据采集 现场可编程门阵列 terahertz time-domain spectroscopy optical asynchronous sampling data acquisition field programmable gate array
1 国网四川省电力公司电力科学研究院，四川 成都 610041
2 华东师范大学重庆研究院，重庆 401121
3 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，湖北 武汉 430074
双光梳光谱是实现高分辨光谱分析的重要工具，其因相干特性依赖于复杂、庞大的频率锁定与反馈系统，导致成本高昂且对环境扰动敏感，应用领域受限。基于电光频率梳的双光梳系统具有装置简单、频率捷变及相干性高等优势，有利于外场的应用，但其在气体检测应用中的含量反演精度及实时性仍有待验证。为此，搭建了高相干电光双光梳系统，并利用多通气体池实现了CO和CO2气体吸收光谱测量，其结果与HITRAN数据库仿真结果一致。光谱分辨率达200 MHz，单次刷新时间仅为4 μs。实验通过对CO2吸收峰的含量反演与多峰拟合，将含量不确定度缩小至2.86%。此外，通过对CO吸收光谱的快速检测，验证了系统对混合气体含量监测的实时性，该系统有望应用于电力设备故障特征气体的实时监测。
分子光谱 电光 频率梳 双光梳光谱 气体检测 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1730002
1 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
2 华东师范大学重庆研究院，重庆 401120
3 济南量子技术研究院，山东 济南 250101
近年来，智能光子学领域取得了蓬勃发展。其中，机器学习算法与超快光学的结合展现出了巨大潜力，不仅给超快光学系统带来了新功能，也极大地提升了系统的性能。特别地，机器学习已在锁模激光器中获得了广泛应用。本文着重介绍机器学习算法及控制系统在超快光纤激光器中的应用，包括产生和操控孤子锁模脉冲、时空锁模脉冲、呼吸子脉冲以及分形呼吸子。
激光器 锁模 孤子 呼吸子 智能 中国激光
2023, 50(11): 1101006
1 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
2 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室，重庆 401120
3 上海朗研光电科技有限公司，上海 201108
4 中国空间技术研究院西安分院空间微波技术国家级重点实验室，陕西 西安 710100
检测灵敏度是衡量一项检测技术的重要参数。为了提高激光诱导击穿光谱技术（LIBS）的检测灵敏度，搭建了三光丝耦合诱导击穿光谱（TIBS）系统，对土壤中的微量铬元素进行检测，并将检测结果与等离子体光栅诱导击穿光谱（GIBS）系统、光丝诱导击穿光谱（FIBS）系统进行对比。TIBS系统的谱线信号强度比GIBS系统增强了2倍，比FIBS系统增强了7~11倍。研究了FIBS、GIBS、TIBS系统的谱线强度随样品位置的变化，发现TIBS系统的激发稳定性与GIBS系统相近。此外，在对土壤中重金属铬的定量研究中，发现FIBS、GIBS、TIBS系统对土壤中铬元素的检出限分别为22.18×10-6、8.68×10-6、5.06×10-6。TIBS系统相较于GIBS系统能进一步提高检测灵敏度。
光谱学 激光诱导击穿 等离子体光栅 超快飞秒脉冲 重金属 检出限
1 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
2 华东师范大学重庆研究院, 精密光学重庆市重点实验室, 重庆 401121
随着电力系统向高压、 大容量、 信息技术应用等方向发展, 电力设备的高效运维对于保障电力系统安全运行和经济平稳增长具有重大意义。 对六氟化硫气体分解产物的检测是电气绝缘设备检漏及判断故障类型的有效手段。 基于光学频率梳的双光梳光谱检测技术具有高分辨、 高精度、 宽光谱、 高速动态等优势, 有望在电力设备漏气故障检修中, 为判断特征气体种类及定量分析提供可靠手段。 搭建了基于两台集成掺铒光纤光梳的双光梳光谱检测装置。 通过精密频率控制及精细温控, 光梳重复频率抖动从18.37 Hz降低至607.72 μHz, 光梳梳齿稳定度控制在10-12。 装置具有长时间稳定和小型化集成的特点, 对外界环境干扰免疫性强, 在室外环境运行两小时, 光梳的重复频率及载波包络相位信号仍能保持相位锁定, 两台光梳相干性无明显劣化。 在光谱检测方面, 结合使用超灵敏多通气室, 对CO与CO2混气进行了测量, 在ms量级时间内实现了1 540～1 590 nm波段内CO和CO2吸收峰的同时成谱检测, 光谱分辨率达1 pm。 分别以CO和CO2在1 585.47、 1 581.946 nm和1 580.5、 1 579.575 nm的特征吸收峰为例, 通过洛伦兹数据拟合反演出相应分子数密度。 CO和CO2的气体分子数密度的多峰测量不确定度分别为0.32%与0.24%, 较单峰测量结果(2%)降低了近1个量级。 该研究推进了双光梳光谱技术及系统在电力设备漏气故障特征气体非接触实时检测中的应用。 传统接触式检测存在检测气体种类单一、 积分时间长、 难以做到长期在线实时监测的缺点, 而双光梳光谱检测能够在ms量级对多组分气体的多峰非接触式同时成谱检测, 在缩短检测时间的同时提高了检测精度, 为电力设备漏气故障的及时排查及故障类型的诊断提供了有效途径。
光学频率梳 双光梳光谱 特征气体检测 Optical frequency comb Dual-comb spectroscopy Characteristic gas detection
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
针对激光切片技术缺少重频可调激光光源, 设计了一种脉冲平均功率35.4W, 脉宽12ps, 重复频率300kHz~1MHz可调的高功率掺镱光纤皮秒脉冲激光器。激光器采用全光纤振荡器及预放大系统, 配合基于棒状光子晶体光纤的主放大系统, 并通过在级联放大中加入声光调制器（AOM）调控重复频率, 从而实现重复频率可调的高功率皮秒脉冲输出。激光器振荡器及预放大部分的全光纤设计, 相较于空间耦合放大具有光路结构简单、环境稳定性高等特点, 有望推动高能量飞秒光纤激光工业化进程, 提升其在复杂使用环境的适应性。
光纤光学 超短脉冲 高功率激光 光子晶体光纤 棒状光纤 optical fiber1 ultrashort pulse2 high power laser3 photonic crystal fiber4 rod fiber5
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
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 济南量子技术研究院，山东 济南 250101
4 华东师范大学 重庆研究院，重庆 401121
利用反射式太赫兹时域光谱研究飞秒光激发狄拉克半金属五碲化锆表面产生的瞬态光电流，进而分析五碲化锆产生太赫兹辐射的几种物理过程。实验结果表明，偏振无关的光电流是表面电流的主要成分，同时太赫兹振幅与泵浦脉冲的线偏振相关，表明部分电流产生于非线性光整流效应。圆偏振光泵浦下，太赫兹振幅随泵浦脉冲呈四倍周期性变化，证实五碲化锆在飞秒脉冲泵浦下产生圆偏振光电流效应。进一步分析超短激光脉冲激发下的太赫兹时域电场，揭示五碲化锆在光诱导下发生反演对称性破缺，产生B1u声子，形成瞬态外尔点，发生从狄拉克态到外尔态的转变。这对研究拓扑相变和其他拓扑态等方面具有重要意义。
1 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
2 中国空间技术研究院西安分院空间微波技术国家级重点实验室，陕西 西安 710100
3 华东师范大学重庆研究院，重庆 401147
利用双光梳飞行时间法对小口径太赫兹天线及反射器面形进行了三维测量。实验中，单像素点测量时间为8 μs，纵向测量误差为1.3 μm。相较于传统的激光干涉法，双光梳法兼具了模糊距离大、测量精度高以及数据更新快等优势，为微波/太赫兹器件的面形测量提供了新途径。
测量 太赫兹 干涉 相干 成像系统 中国激光
2022, 49(17): 1704001
1 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
2 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室，重庆 401147
3 南开大学现代光学研究所，天津 300071
将时间拉伸色散傅里叶变换测量方法应用于飞秒光丝成像研究。通过光谱-空间编码的方式，结合高速单点探测器及示波器，实现了对飞秒光丝瞬态演化过程的一维成像。成像空间分辨率为60 μm，刷新速率为54.54 MHz。本文方法避开了CCD对图像刷新率的限制，为研究光丝与物质相互作用动力学提供了新方法。
超快光学 光丝 成像 傅里叶变换 飞秒激光 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1336001
