1 河北工业大学 理学院，天津 300401
2 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
3 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
文中基于量子阻抗洛伦兹振子（Quantum Impedance Lorentz Oscillator, QILO）模型，研究了含芴二茂铁衍生物的单、双、及三光子吸收特性。首先，理论推导并给出了用有效量子数、电子电量及质量和玻尔半径等微观量表示的该振子四、五阶非线性效应参量的计算参考公式。在此基础上，利用QILO模型，通过拟合取代基为R=NO2的含芴二茂铁衍生物分子线性吸收光谱，得到了其在400 nm峰值附近的电子跃迁前后的有效量子数，并进一步推算了该分子的双、三光子吸收截面。数值计算结果显示：该化合物分子在793 nm波长附近的双光子吸收截面为 $0.49\times {10}^{-20}\;{\mathrm{c}\mathrm{m}}^{4} \cdot {\mathrm{G}\mathrm{W}}^{-1}$，在1 260 nm和1 314 nm附近的三光子吸收截面分别为 $2.01 \times {10}^{-25}\;{\mathrm{c}\mathrm{m}}^{6}\cdot{\mathrm{G}\mathrm{W}}^{-2}$、 $1.00\times {10}^{-25}\;{\mathrm{c}\mathrm{m}}^{6} \cdot {\mathrm{G}\mathrm{W}}^{-2}$，与实验结果均吻合较好。文中结果说明：QILO模型可以较好地描述以NO2作为取代基的含芴二茂铁衍生物的单、双、及三光子的吸收特性。根据QILO模型的“依据介质的线性吸收光谱可以估算其多光子吸收截面”的特点，该模型或许能为寻找具有大的双、三光子吸收截面的材料提供一种可供参考的理论分析方法，降低研究多光子过程的综合实验成本。
非线性光学 Lorentz振子 量子阻抗 非线性效应参量 分子多光子吸收截面 nonlinear optics Lorentz oscillator quantum impedance nonlinear effect parameter molecular multiphoton absorption cross-section 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230410
西安理工大学 机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
为了对重化工污染区甲醛气体进行探测，开展了差分吸收激光雷达甲醛气体浓度探测研究。基于差分吸收激光雷达原理，针对甲醛气体在中红外波段有较强的吸收波段，并考虑开放光程下大气干扰气体的影响，选择了系统的探测波长
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；依据差分吸收激光雷达浓度反演方法，结合系统参数，对设计的DIAL系统的探测距离、气体浓度及干扰气体的可能影响进行了仿真研究。结果表明，该系统有望对浓度为0.017~1.5 ppm (1 ppm=10
−6)，距离为0.4~1.1 km范围内的甲醛气体进行探测，相对误差小于5%，可满足对重化工污染区甲醛气体浓度探测需求。文中的研究可为应用于化工重污染区域甲醛气体无组织排放监测的中红外差分吸收激光雷达系统的研制提供理论依据和技术基础。
红外与激光工程
2022, 51(9): 20210925
强激光与粒子束
2022, 34(11): 113003
王煜 1吴伟冲 1朱占达 1,2,3,4惠勇凌 1,2,3,4[ ... ]李强 1,2,3,4,*
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心, 北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
确定具有各向异性、非线性吸收特性的调Q晶体内电偶极子的取向,是测量其吸收截面的重要条件。通过对Co 2+∶MgAl2O4晶体所属的空间群以及掺杂Co 2+在晶胞结构中的位置对称性的分析,确定了晶体内电偶极子的跃迁方向主要是沿晶胞的4个体对角线方向分布的,建立了偏振入射光在Co 2+∶MgAl2O4晶体内传输的理论模型。实验测量了沿[100]方向切割的Co 2+∶MgAl2O4晶体在偏振入射光沿晶胞面对角线方向时的非线性透过率曲线,利用建立的模型对实验结果进行拟合,得到Co 2+∶MgAl2O4晶体在1.5 μm波段的基态吸收截面和激发态吸收截面分别为(3.6±0.3)×10 -19 cm 2和(4.5±0.4)×10 -20 cm 2。
激光光学 被动调Q Co2+∶MgAl2O4 各向异性 可饱和吸收 吸收截面 光学学报
2022, 42(10): 1014001
1 南京信息工程大学 大气物理学院, 气象灾害预警与评估协同创新中心, 中国气象局气溶胶-云-降水重点实验室, 气象灾害教育部重点实验室, 南京 210044
2 南京先进激光技术研究院, 南京 210038
为使中红外差分吸收激光雷达能够精确测量NO2气体浓度, 对NO2在中红外波段的吸收光谱特性进行测量分析.采用光参量放大激光器的λon和光参量振荡激光器λoff两路激光分别进行吸收谱线测量实验.用谱线宽小于0.05 nm的λon激光测量了NO2气体在3 410~3 433 nm的吸收光谱, 计算得到其吸收截面, 采集分析了NO2在291 K、308 K、363 K三个温度下的光谱特性, 用谱线宽约为10 nm的λoff激光采集了3 400~3 435 nm的吸收谱线.测量结果表明, 在3 410~3 433 nm波段, 温度和吸收截面值呈负相关, 测量的谱线与HITRAN数据库相关系数达到0.92以上; 针对λoff激光下的吸收谱线, 采用了改进的卷积修正方法, 测量结果和拟合结果相关系数为0.97.将实测的on和off波长处的吸收截面应用于使用该波长对的中红外差分吸收激光雷达仿真上, 拟合差分吸收激光雷达系统浓度测量误差, 验证了基于该波长对的差分吸收激光雷达方案的可行性.
光谱学 大气光学 差分吸收激光雷达 二氧化氮 吸收截面 Spectroscopy Atmospheric optics Differential absorption lidar Nitrogen dioxide Absorption cross section
1 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室, 江西 南昌 330063
2 南京大学大气科学学院, 江苏 南京 210023
3 法国滨海大学大气化学物理实验室, 法国 敦克尔克 59140
非相干宽带腔增强吸收光谱(IBBCEAS)技术凭借其高选择性、高灵敏度、高时空分辨率等优势而逐渐成为NO3自由基的主要测量方法之一。然而其使用的光谱仪分辨率有限,不足以分辨水汽的精细吸收结构,导致水汽的吸收非线性,进而影响NO3自由基浓度的准确反演。介绍了一种基于插值法获取水汽有效吸收截面的方法,并将其用于消除IBBCEAS装置中水汽吸收对NO3自由基浓度反演的干扰。利用不同浓度的水汽吸收谱结合插值法获得了水汽的有效吸收截面,使用该有效吸收截面来反演不同浓度的水汽,反演结果与商用湿度计测量结果的线性相关系数为0.99789。在此基础上测量并拟合了不同水汽浓度下NO3自由基和NO2气体的吸收,在拟合残差上未发现水汽残余结构,水汽反演结果与商用湿度计测量值的线性相关系数为0.999。在30 s的积分时间内,NO3自由基和NO2的探测极限分别为5.8×10
-12和3.6×10
-9。将本装置应用于夜间大气中进行NO3自由基和NO2浓度的测量,测得NO3自由基体积分数为18.4×10
-12~22.9×10
-12,平均体积分数为20.2×10
-12,NO2体积分数为0.6×10
-9~16.0×10
-9,平均体积分数为9.9×10
-9。实验结果表明:利用插值法获得的水汽的有效吸收截面能够有效消除水汽吸收对NO3自由基浓度反演的干扰,提高NO3自由基和NO2气体浓度测量的准确度。
光谱学 非相干宽带腔增强吸收光谱 NO3自由基 水汽有效吸收截面
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621999
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
对室温下零声子线(抽运波长为969 nm)抽运Yb…YAG激光器进行了理论研究,建立了969 nm抽运Yb…YAG的速率方程。在相同热负载状态下,通过数值模拟分别得到969 nm和941 nm抽运时Yb…YAG板条放大器的光-光转换效率和输出激光强度。模拟结果表明:941 nm和969 nm抽运的光-光转换效率基本相同;抽运波长为969 nm的抽运强度比941 nm提高了20%以上。
激光器 Yb…YAG 零声子线抽运 吸收截面 受激发射截面 光-光转换效率
1 浙江工业大学 光电子智能化技术研究所，杭州 310023
2 浙江省高端激光制造装备协同创新中心，杭州 310014
测量了不同组份比例x的CdSxSe1-x/ZnS（核/壳）量子点的吸收谱和发射谱，确定了量子点的吸收系数、吸收截面和发射截面.量子点吸收截面随粒径的增大而增大、随x的增大而减小.采用紫外固化胶，制备了掺杂浓度为0.1~5 mg/mL的CdS0.4Se0.6 /ZnS量子点光纤，测量了不同掺杂浓度量子点光纤中473 nm泵浦功率的吸收衰减速率.吸收衰减速率和吸收截面弱关联于掺杂浓度.测量了光致荧光光谱强度随光纤长度和量子点浓度的变化.量子点光纤的光致荧光峰值强度随掺杂浓度和光纤长度变化而变化，且存在一个与最大峰值强度对应的饱和掺杂浓度和光纤长度.本文的实验结果有助于进一步构建新型的CdSxSe1-x/ZnS量子点增益型光电子器件.
CdSxSe1-x/ZnS量子点 吸收截面 光致荧光光谱 量子点掺杂光纤 量子点光纤传光特性 CdSxSe1-x/ZnS quantum dots Absorption cross-section Photoluminescence spectrum Quantum dot doped fiber Transmission of the doped fiber
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
研制了一套探测低层大气二氧化硫的车载可移动激光雷达系统.该系统选用的差分波长对为300.05 nm和301.50 nm.光源采用两台NdYAG激光器分别泵浦两台窄线宽染料激光器经过倍频来获得.激光经过合束、扩束后与望远镜同轴发射.后向散射信号被近牛顿式望远镜接收后, 通过光电倍增管转换为电信号, 然后被数据采集卡采集, 最后用来反演二氧化硫分布廓线.在淮南地区进行了针对近地面水平探测的外场实验, 结果表明, 在0.8~3.0 km范围内, 当晚二氧化硫浓度在20 μg·m-3上下波动, 气象部门地面仪器结果为18~22 μg·m-3, 实验结果与仪器结果具有可比性.
大气光学 差分吸收激光雷达 光学遥感 二氧化硫 吸收截面 Atmospheric optics Differential absorption lidar Optical remote sensing SO2 Absorption cross section
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
非相干光宽带腔增强吸收光谱作为高灵敏检测技术, 已成功应用于多种大气痕量气体浓度的测量。 根据腔增强吸收光谱技术测量原理可知, 若已知测量气体准确浓度, 镜片反射率随波长的变化曲线、 有效吸收长度、 光学腔内有无测量气体吸收前后的光辐射变化, 可测量出待测气体的吸收截面。 SO2由于a3B1—X1A1自旋禁阻跃迁, 在345～420 nm波段吸收截面较低（～10－22 cm2/molecule）, 其测量有一定难度, 而准确的弱吸收截面对于卫星反演大气痕量气体浓度以及大气研究等方面均有重要意义。 采用365 nm LED光源的宽带腔增强吸收光谱实验装置测量357～385 nm波段范围SO2的弱吸收, 获得该波段SO2弱吸收截面, 并与已公开发表的SO2吸收截面进行对比, 相关系数r为0.997 3, 验证了非相干光宽带腔增强吸收光谱技术准确测量气体弱吸收截面的适用性。
吸收截面 非相干光宽带腔增强吸收光谱 Absorption cross section IBBCEAS SO2 SO2
