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
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红外光子学实验室, 山东 济南 250101
探究了一种基于非线性放大环形镜锁模的全保偏掺铒光纤光梳系统,重复频率(fr)为75.27 MHz,fr与载波包络偏移频率(f0)的标准偏差为分别为358 μHz和248 mHz。该系统通过温度反馈控制锁模振荡器局部环境、电压反馈控制压电陶瓷伸缩量、电流反馈控制泵浦源功率实现了对fr和f0的精确锁定,在10 ℃温度波动的外部环境中实现约100 h的稳定工作。最后,将该光梳应用于混合气体光谱检测实验,获得的乙炔吸收谱线与HITRAN数据库模拟结果一致,表明该光梳系统可初步用于光谱分析等室外应用。
激光器 光学频率梳 载波包络偏移频率 频率锁定 中国激光
2021, 48(21): 2101002
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 深圳大学电子科学与技术学院, 广东 深圳 518060
研究了Nd∶YVO4固体皮秒振荡器与掺铒光纤锁模振荡器的脉冲同步技术,为光参量放大、中红外产生等应用奠定了实验基础。实验采用光电二极管分别探测一台商售1064 nm Nd∶YVO4固体皮秒振荡器和一台自制1555 nm掺铒光纤锁模振荡器的脉冲重复频率,通过混频、低通滤波等电路处理得到了两台激光器重复频率的相对误差,并将该误差信号反馈至内置于1555 nm掺铒光纤锁模振荡器中用于精调腔长的压电陶瓷和粗调腔长的步进电机上,实现了两台激光器重复频率的同步。本实验中的同步装置具有结构简单、集成度高、可靠性高的特点。
激光器 锁模激光器 光纤激光器 频率锁定 脉冲同步
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, Engineering Research Center of Optical Instrument and System, Ministry of Education, School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China
We demonstrate absorption spectroscopy of water vapor for the determination of gas temperature. An adaptive dual-comb detection system is utilized to obtain precise spectroscopic data in a broadband range from 7143 to 7240 cm?1 with a spectral resolution of 0.049 cm?1. The measured spectra are in accordance with the simulated results from the HITRAN (high-resolution transmission molecular absorption) database. Several measurements are investigated in the temperature range of 500–1000 K, revealing relative deviations of less than 5% compared to the thermocouple. This broadband and accurate adaptive dual-comb spectral detection method could be a powerful tool for non-invasive combustion diagnosis.
ultrafast lasers laser spectroscopy absorption temperature Chinese Optics Letters
2020, 18(5): 051401
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 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
4 济南量子技术研究院, 山东 济南 250101
搭建了基于非线性放大环形镜的全保偏掺铒光纤激光器,它可为光梳系统在室外环境中的应用提供稳定运行的光学振荡源。在实验上,通过两级光学预放大及高非线性光纤获得了1000~2300 nm的超连续谱,采用共线型f-2f干涉仪检测到的载波包络偏移频率f0的信噪比高达35 dB。研究了腔内净色散和f0线宽的关系,并将自由运转状态下的f0线宽窄化至5 kHz。将光梳系统的主要参数(重复频率fr和载波包络偏移频率f0)溯源至同一台铷原子钟,锁定后所测标准偏差分别为780 μHz和308 mHz。该光纤光梳系统具有集成度高、体积小的特点。
激光器 非线性放大环形镜 载波包络偏移频率 频率锁定 光学频率梳
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
采用自适应双光梳光谱检测方法对乙炔(C2H2)气体在ν1+ν3吸收带部分的P支谱线进行测量,并通过与HITRAN相应数据库的对比,验证了该方法的准确性。从采样定理出发,分析了自适应主动补偿技术的工作机理,并讨论了其高阶信号和带宽的特性。使用非线性光纤对光梳进行200 nm范围的超连续谱展宽,拓展了其宽谱特性。时域信号单次采样时长为600 μs,光谱分辨率达1.09 GHz,光谱更新频率为180 Hz。自适应补偿技术有效解决了自然室温条件下梳齿快漂引起的光谱抖动问题。同时,光梳振荡源重复频率锁定后均方差抖动控制为7.01 MHz,锁定光梳振荡源的重复频率和反馈调节控制连续激光的中心频率,可有效抑制光梳梳齿的慢漂现象,使双光梳光谱测量系统的稳定运行时间由几分钟提升至半小时量级,增强了自适应双光梳系统的长期稳定性和实用性。
激光光学 光谱分析 自适应双光梳光谱 载波包络相位 重复频率
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
提出并实现一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管单光子探测器的双重复频率光时域反射仪系统.通过发送两列重复频率有差异的脉冲激光信号对同一光纤的断点进行检测.接收系统采用高速单光子探测器, 保证了回返光探测灵敏度, 同时也提高了数据采样的速度.通过调节两列激光脉冲重复频率, 不仅可以实现系统测量距离量程的改变, 而且能够改变测量精度.
光时域反射仪 双重复频率 单光子探测器 optical time domain reflectometer dual repetition rates single-photon detector
