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 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
研制了一款输入输出均为50 μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的（6+1）×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响，纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光束质量的影响。合束器的制作中，使用半掺氟的薄壁玻璃管提高泵浦臂性能，泵浦耦合效率大于98.5%，无主动制冷情况下温升小于10 ℃/kW。采用包层腐蚀变径技术保证信号光纤在组束过程中纤芯不变形，并通过光束质量因子反馈对准熔接，实现了高光束质量保持的合束器的研制，光束质量退化比仅为3.4%。在合束器信号光纤尾端制作包层光滤除器并熔接端帽构成一体化器件，应用于单级主振荡功率放大结构的窄线宽激光系统中，实现了4.1 kW近单模输出，拉曼抑制比为40.5 dB。
泵浦/信号合束器 高功率光纤激光 光束质量
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
光纤光栅（FBG）在高功率光纤振荡器中发挥着重要作用，既可以作为谐振腔腔镜，又可以抑制受激拉曼散射（SRS）效应。使用飞秒激光在芯径为30 μm的大模场双包层光纤（LMA-DCF）上刻写了波长为1080 nm的FBG对以及波长为1135 nm的啁啾倾斜光纤光栅（CTFBG），利用FBG对搭建了全光纤振荡器，并使用CTFBG抑制了SRS，实现了9 kW激光功率输出，斜率效率为83.4%。研究结果有利于推动高功率FBG的研制和高功率光纤振荡器的发展。
光纤光学 飞秒激光 光纤振荡器 高功率激光器 受激拉曼散射 光纤光栅
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院， 安徽 合肥 230026 中国科学院安徽光学与精密机械研究所， 环境光学与技术重点实验室， 安徽 合肥 230031
2 张之栋
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院， 安徽 合肥 230026 中国科学院安徽光学与精密机械研究所， 环境光学与技术重点实验室， 安徽 合肥 230031中国科学院城市环境研究所中科院城市大气环境卓越中心， 福建 厦门 361021
4 中国科学院安徽光学与精密机械研究所， 环境光学与技术重点实验室， 安徽 合肥 230031
5 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230039
二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）作为大气中重要的一次排放物， 人为活动造成SO2， NOx的过度排放会对生态环境和人体健康产生巨大危害， 2018年环境保护部就规定了“2+26”城市需要执行大气污染物的特别排放限值， 如: 燃煤锅炉排放限值规定的二氧化硫、 氮氧化物均为200 μg·m-3， 因此了解这些城市中SO2和NOx的分布与排放对大气污染防控管制具有重要意义。 唐山市作为“2+26”城市中大气污染最为严重的重工业城市之一， 近年来实施了多项大气污染防治措施， 但空气质量问题仍然严峻。 2021年2月26至3月1日， 使用基于车载差分吸收光谱技术的移动污染气体监测系统对于唐山市区开展了走航观测实验， 获取了走航路径上NOx和SO2的空间立体分布以及走航区域的排放通量。 实验结果表明唐山市一环存在多处NO2高值区域， 均位于车辆较为集中的立交和路口处。 工业园的走航中部分企业存在高NO2、 SO2的排放， 且获取的NO2和SO2VCD均值较高， 分别是一环的1.75~1.99倍和2.21~3.44倍。 结合垂直柱浓度SO2/NO2的比值以及近地面浓度CO/NO2的比值， 并用Pearson相关系数确定SO2和NO2柱浓度以及NO2近地面浓度和柱浓度之间的相关性， 进一步分析不同区域的主要污染源， 结果表明， 一环走航获取的SO2/NO2最低为0.42， CO/NO2最高为10.88， NO2地表与柱浓度之间的相关性r达到0.56， 3月1日丰南工业园区走航中， 获取的SO2/NO2最高为0.81， CO/NO2最低为7.13， SO2与NO2VCD之间有良好的相关性r为0.787， 唐山市一环区域大气污染物以车辆交通尾气排放为主， 丰南工业园区大气污染物来源以工业生产过程中高架点源（烟囱）释放的大量NO2和SO2为主。
空间分布 排放通量 污染源 走航观测 差分吸收光谱 Distribution Emission flux Pollution source Cruise observation Differential optical absorption spectroscopy 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1651
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
啁啾倾斜光纤光栅（CTFBG）是高功率光纤激光系统中拉曼光滤除的重要器件。采用飞秒激光级联刻写的方式，在大模场面积双包层光纤（LMA-DCF）中制备了一个带宽约为15.2 nm、滤除深度大于20 dB的CTFBG，将其置于1080 nm高功率光纤激光长距离传输系统的输出端，实现了光谱无拉曼输出，明显提高了输出激光纯度，插入损耗约为0.3 dB，光束质量无明显变化。所提出的利用飞秒激光制备宽带CTFBG的方法可有效滤除光谱中的拉曼光，对CTFBG的研制与应用有重要意义。
光栅 飞秒激光 高功率激光器 受激拉曼散射 光纤光栅 啁啾倾斜光纤光栅 光学学报
2023, 43(10): 1036001
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
啁啾倾斜布拉格光纤光栅（CTFBG）在高功率光纤激光器的受激拉曼散射（SRS）抑制中有重要的应用。利用飞秒激光在纤芯/包层直径为20/400 μm的大模场面积双包层光纤（LMA-DCF）中刻写出不同角度的CTFBG，其最大滤除深度约为15 dB，最大滤除宽度约为8.9 nm。飞秒激光刻写CTFBG可以显著缩短制备周期，对推动CTFBG的研制与发展具有重要意义。
光栅 飞秒激光 光纤光栅 啁啾倾斜布拉格光纤光栅
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, Changsha 410073, China
3 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, Changsha 410073, China
We fabricate a pair of fiber Bragg gratings (FBGs) by a visible femtosecond laser phase mask scanning technique on passive large-mode-area double-cladding fibers for multi-kilowatt fiber oscillators. The bandwidth of high-reflection (HR) and low-reflection (LR) FBG is and 0.3 nm, respectively. The reflection of the HR-FBG is higher than 99%, and that of the LR-FBG is about 10%. A bidirectional pumped all-fiber oscillator is constructed using this pair of FBGs, a record output power of 5027 W located in the signal core is achieved with a slope efficiency of , and the beam quality factor M2 is measured to be at the maximum power. The FBGs are simply fixed on a water cooling plate without a special package, and the thermal efficiency of the HR-FBG and the LR-FBG is 2.76°C/kW and 1°C/kW, respectively. Our research provides an effective solution for robust high-power all-fiber laser oscillators.
fiber optics fiber lasers fiber Bragg gratings Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 021404
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽省信息材料与智能传感实验室，安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
3 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心，福建 厦门 361021
4 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
提出一种基于卷积神经网络（CNN）和支持向量回归机（SVR）的多轴差分光学吸收光谱（MAX-DOAS）对流层NO2垂直分布预测方法。将2019年南京站点采集的原始MAX-DOAS数据通过QDOAS软件拟合获取O4和NO2差分斜柱浓度，结合基于最优估算的气溶胶和痕量气体廓线反演算法——PriAM算法反演了对流层NO2廓线，并将其作为预测模型的输出。此外，通过平均影响值方法进行预测模型输入变量的选择，确定了MAX-DOAS数据、温度、气溶胶光学厚度和低云覆盖率为模型的最佳输入变量。通过实验优化网络结构和参数，最终建立预测模型在测试集与PriAM的平均百分比误差仅为9.14%，与单独建立的CNN、SVR、反向传播模型相比，平均百分比误差分别降低了8.22%、6.00%、32.28%。因此，CNN-SVR能够利用MAX-DOAS数据对对流层NO2廓线进行有效预测。
大气光学 卷积神经网络 支持向量回归机 多轴差分吸收光谱 对流层NO2廓线 光学学报
2022, 42(24): 2401001
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室，湖南 长沙 410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
基于飞秒激光刻写技术和侧面泵浦耦合技术，实现了主光路无熔接点的千瓦级一体化全光纤激光振荡器。采用飞秒激光与相位模板结合的刻写方法，在大模场双包层掺镱光纤上制备了一对光纤光栅，构成激光谐振腔，并采用拉锥-熔合法在同一根增益光纤上制备了两个侧面泵浦耦合器。以中心波长为976 nm的半导体激光器为泵浦源，获得了最大功率为1052 W、中心波长为1070 nm的激光输出，光光转换效率约为73%，光束质量因子M2约为1.8。演示了一种紧凑稳定的一体化光纤激光振荡器系统，并验证了其在实现高功率、高光束质量激光输出方面的潜力，其对高功率光纤激光技术的发展与应用具有重要的价值。
光纤光学 光纤振荡器 光纤Bragg光栅 侧面泵浦耦合器 高功率光纤激光器 光学学报
2022, 42(23): 2306002
1 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
5 中国环境监测总站, 国家环境保护环境监测质量控制重点实验室, 北京 100012
大气水汽的吸收强度从微波区域到可见蓝光区域逐渐降低, 然而在紫外波段的吸收却经常被人忽略。 多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)技术是一种被动光学遥感技术, 可以同时反演气溶胶、 多种痕量气体(如NO2, SO2, HCHO, HONO等)以及水汽, 常用于区域大气立体分布及输送监测, 具有成本低、 时间分辨率高、 稳定、 可实时监测等特点。 水汽是一种重要的温室气体, 在紫外波段反演一些痕量气体时水汽的吸收经常不被考虑, 可能对紫外波段痕量气体的反演造成影响, 从而产生系统误差。 介绍了基于MAX-DOAS对紫外波段大气水汽的反演, 于2020年6月1日—9月24日在西安乾县进行观测, 通过选取最优反演波段, 并将反演结果与可见蓝光波段的水汽进行对比, 证实了紫外波段存在水汽吸收, 评估了紫外水汽的吸收对同波段痕量气体反演的影响。 首先, 根据不同拟合波段反演的水汽均方根误差(RMS)以及水汽和O4的吸收截面情况, 选取紫外和可见蓝光波段水汽的最优反演波段分别为351~370和434~455 nm。 其次, 通过DOAS拟合得到紫外和可见蓝光波段O4和H2O的对流层差分斜柱浓度(DSCD), 分别将紫外和可见波段的O4 DSCD和H2O DSCD做相关性分析, 两个波段O4 DSCD的相关系数r=0.85, H2O DSCD的相关系数r=0.80。 为消除不同波段的辐射传输差异, 将同波段的H2O DSCD和O4DSCD作比值, 两个波段H2O DSCD/O4DSCD的相关系数r=0.89。 紫外和可见蓝光波段H2O DSCD/O4DSCD的高相关系数表明, 即使在相对沿海城市水汽浓度较低的西安市, 在363 nm附近的紫外波段同样存在水汽吸收, 这将会对采用DOAS技术在紫外波段反演其他痕量气体造成影响。 最后, 分别对可能受紫外波段水汽吸收影响的气体(O4, HONO和HCHO)进行DOAS反演误差评估, 紫外波段水汽的吸收将使O4 DSCD, HONO DSCD以及HCHO DSCD在DOAS拟合过程中增加, 分别对应于+1.16%, +8.55%和+9.04%的变化。
多轴差分吸收光谱 紫外波段 水汽 误差评估 MAX-DOAS Ultraviolet band Water vapor Error evaluation 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3314
