1 航宇救生装备有限公司，湖北 襄阳 441003
2 安徽大学物理与光电工程学院，安徽 合肥 230601
针对光声光谱系统本底噪声限制问题，以圆柱形声共振器作为研究对象，开展了双共振腔光声池设计，并将共振光声光谱和差分探测原理相结合，建立了一套基于近红外半导体激光器的高灵敏度激光光谱气体探测系统。以空气中的水汽（H2O）分子作为检测对象，结合高灵敏度波长调制二次谐波探测方法，对建立的差分式共振光声光谱系统进行了理论分析和实验评估。艾伦方差分析结果显示，系统可实现几个10-6量级水汽分子浓度的高灵敏度检测。相较于传统单通道光声探测模式，所提出的差分探测式共振光声光谱探测技术可有效提升系统的稳定性和检测灵敏度，最佳信号平均时间可提高2倍。
光谱学 光声光谱 差分探测 共振效应 气体检测
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
立足于偏振态空域调控技术，矢量光束所特有的偏振态空间结构属性，使其在光学及其交叉学科领域表现出巨大的研究价值和应用潜力。以往的研究主要关注偏振态的横向空域调控，而纵向(传播)方向同样是重要的光场调控维度，偏振态纵向变化矢量光束的出现，拓展了矢量光束的调控维度，为光与物质的相互作用带来更多可能，引起了广泛关注。文中围绕着偏振态纵向空域调控技术的发展，介绍了基于纵向变化位相差和振幅差的偏振态纵向变化矢量光束生成理论，并总结归纳了利用相位调制和空间频谱滤波的两类实验生成方法。此外，文中还对偏振态纵向变化矢量光束目前存在的问题进行了讨论，并对其发展前景进行了展望。
矢量光束 偏振 贝塞尔光束 庞加莱球 vector beam polarization Bessel beam Poincaré sphere 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230362
安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽 合肥 230601
密封药瓶内的药物在储存过程中, 时常会因为保存方式不当, 产品质量不合格等问题导致其气密闭性变差, 极易与空气中的各种气体发生化学反应引起药品变质, 影响其正常使用。 因此, 可以通过药瓶内部各种气体浓度的测量及时反映出药品的储存状态。 其中水汽(H2O)是空气中的常见气体且极易与药品产生反应, 药瓶中H2O浓度的测量是判断瓶内药物是否变质的重要依据之一。 实际检测药瓶内水汽浓度的传统方法或通常需要直接接触到样品才能做出判断, 很难做到无损检测, 样品处理过程较为繁琐, 耗时耗力, 难以实现对大量药瓶的实时无损测量, 所以需要一个实时快速非接触式检测容器密封性的方法。 为了高效检测并实时监控密封药品存储容器(药瓶)内的水汽浓度, 提出了一种可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)的数字正交锁相解调算法, 并对该算法的可行性及有效性进行了实验验证。 药瓶采用长12 cm宽9 cm高64 cm的可透光聚乙烯(PE)材质; 中心波长为1 391 nm的分布式反馈(DFB)激光器作为光源, 搭建了基于数字正交锁相解调算法的TDLAS药品检漏测量系统, 以数字锁相解调代替了传统的锁相解调并且研究了不同的调制深度、 采样率对解调出的二次谐波信号(WMS-2f)幅值的影响。 在系统各项参数最优的情况下考察了不同光功率下WMS-2f信号稳定性, 并通过拟合结果推演出其他未知水汽浓度的WMS-2f信号。 研究结果表明: 与常规锁相放大器解调算法相比, 数字锁相解调可编译性强, 系统结构更为紧凑, 成本更为低廉。 Allan方差分析显示在160 s内的状态下, 水汽检出限为18 ppm, 验证了该方法的稳定性与可靠性。
数字锁相解调 水汽浓度检测 药瓶检漏 Digital phase-locked demodulation TDLAS TDLAS Water vapor concentration detection Medicine bottle leak detection
1 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院, 浙江 杭州 310058
2 浙江工业大学应用物理系, 浙江 杭州 310023
在一定磁场下,自旋交换碰撞是原子磁力仪保持相干的一个主要限制因素,直接影响磁力仪能够达到的探测灵敏度。光缩效应可以对自旋交换碰撞展宽进行抑制,之前对光缩效应的观测是基于泵浦激光和射频场连续工作的方式,但会对原子共振展宽产生额外的影响。基于脉冲泵浦式原子磁力仪,通过极大限度地减小原子破坏性碰撞和外磁场空间不均匀性对共振展宽的影响,实现了对光缩效应的直接实验观测和验证。脉冲泵浦的方式有利于原子高极化度的实现,研究光缩效应对探索脉冲泵浦原子磁力仪的灵敏度极限具有重要意义。
原子与分子物理学 原子磁力仪 脉冲泵浦式 磁共振 自旋交换弛豫
1 湖北工业大学机械工程学院现代制造质量工程湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430068
2 湖北工业大学理学院, 湖北 武汉 430068
提出一种多波长显微干涉光强一致性的控制方法。将光强可调的白光LED作为多波长光源,在显微干涉光路中加入光强探测器,将从不同滤光片出射光的光强实时反馈到STM32单片机中,通过PID(Proportion Integration Differentiation)控制快速调整LED输出光强,实现不同波长光强的一致性,进而得到灰度分布一致的多波长干涉图像。实验结果表明,本文方法能够使不同波长的光强快速准确地稳定在设定值,将对应的不同波长干涉图像对比度误差从18%减小到2%。
测量 多波长干涉 光强一致性 比例积分微分控制 干涉图像 激光与光电子学进展
2020, 57(3): 031202
安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
土壤呼吸是地气间碳氮流通的主要途径。实时原位测量不同土壤生态环境下的气体排放,是研究大气温室气体形成、转移和消耗等动态过程的有力手段,可以为揭示碳氮生态系统循环与环境演化的主要过程及其驱动机制提供关键的科学依据。以室温连续量子级联激光器(RT-CW-QCL)作为激光光源,结合长程光学吸收池和直接吸收光谱探测技术,建立了一套高灵敏度、高精度的激光光谱系统,并以不同生态环境下的土壤样品为研究对象,开展了土壤和空气中CO、N2O气体交换过程的实时监测分析研究。实验结果表明:4种不同生态环境(芦苇丛、池塘、有机培土和草地)的土壤表现出不同的CO和N2O释放、吸收过程。
光谱学 激光光谱 量子级联激光器 土壤生态 气体交换 光学学报
2019, 39(11): 1130001
1 湖北工业大学 机械工程学院,现代制造质量工程湖北省重点实验室，湖北 武汉 430068
2 湖北工业大学 理学院，湖北 武汉 430068
无衍射光莫尔条纹被广泛应用在精密测量领域中，实现无衍射光莫尔条纹中心的精确定位是高精度测量的关键。通过对无衍射光莫尔条纹图像特征进行分析，提出了一种无衍射光莫尔条纹的中心定位方法。该方法首先根据光强分布特征，提取莫尔条纹图像中两光斑中心局部同心圆区域；然后进行局部同心圆环检测，确定初始圆心集；再对初始圆心集进行聚类分析确定两光斑中心的初始位置；最后删除异常点并迭代求取两光斑中心较精确的位置，实现无衍射光莫尔条纹两光斑中心的定位目的。理论和实验结果表明该方法能快速、准确地同时确定两光斑中心位置，且误差小于1 pixel。
光斑定中 聚类 无衍射光 莫尔条纹 图像处理 spot centering clustering non-diffracting beam Moire fringe image processing
1 安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室， 安徽 合肥 230601
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
研究了自适应补偿器(ANC)中两大补偿器——可变形镜(DM)和部分补偿镜之间的轴向距离标定技术，提出了一种多零位约束方法，利用一块校准镜，通过DM形变实现不同位置的零位检测，从而构建多个测量方程用以限制误差耦合，实现ANC空间间距自标定。通过仿真和实验验证了该标定方法的高精度。该方法摒弃了外部直接测量手段，使得ANC和整体干涉仪的集成化成为可能。
测量 自由曲面检测 自适应干涉仪 自适应零位补偿器 间距标定 中国激光
2018, 45(11): 1104005
1 安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
2 国家深海基地管理中心, 山东 青岛 266237
深海海域蕴藏着丰富的矿产、能源和生物资源, 具有潜在的巨大经济价值。深海溶解态矿物质是海底热液活动及演化的重要示踪剂。以深海海水中的硫离子为研究对象, 以迷你型高功率发光二极管(LED)作为激发光源,采用全光纤传输方式的设计理念, 结合基于朗伯-比尔定律的全光谱检测方法和化学显色法, 对深海离子矿物质的检测方法开展研究。在数据处理上, 采用自行建立的自适应性Savitzky-Golay滤波算法使光谱信噪比提高3~7倍。结果表明：在1 s时间分辨率和20 mm的有效光程下, 系统的检测灵敏度可达0.1 μmol/L以下, 且在0~32 μmol/L浓度范围内具有良好的线性响应特性(相关度R2>0.99)。
光谱学 吸收光谱 深海矿物质 原位测量 离子化合物
