强激光与粒子束
2024, 36(4): 043026
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043005
1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,光电测控技术研究所,吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
3 长春理工大学中山研究院,广东 中山 528400
太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)是检测物质组成和变化的先进科学装置,可以准确定位和分析物质的微小变化,对物理学、化学、生物学等多个学科的发展产生了深远影响。光纤式THz-TDS在光路传播时具有能量传输损失少、结构紧凑等优点。在光纤式THz-TDS的基础上,将双透镜和旋转延迟线结合,通过研究分析耦合效率理论和双透镜传输特性,利用光学软件ZEMAX设计了一款双透镜准直耦合收发一体共光路系统。为了得到更高的单模光纤耦合效率,研究分析了激光与光纤的耦合原理及耦合误差,并且绘制了耦合失配时的效率曲线。研究结果表明:高斯传播单模光纤的耦合效率达到了76.27%,可以满足稳定辐射太赫兹信号的要求,同时,光纤耦合效率的提高对于增大THz-TDS的太赫兹脉冲信号带宽具有一定帮助。
光纤光学 光纤耦合 收发一体 太赫兹时域光谱系统 单模光纤
北京大学未来技术学院,国家生物医学成像科学中心,北京 100871
相干拉曼散射(CRS)技术作为一种重要的无标记化学成像技术,通过相干激发分子协同振动对拉曼散射信号进行增益,显著地提高了成像速度,广泛应用于材料学、生物化学、肿瘤诊断、药代动力学等领域。超快脉冲激光器的出现实现了亚皮秒持续时间的脉冲输出,使得通过脉冲激发实现大量振动模式的同步相干激发成为新的CRS实现途径。从相干拉曼散射基本原理出发,介绍时域相干拉曼散射的主要实现途径,着重讨论时域受激拉曼散射(SRS)和时域相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)的最新进展与应用。
拉曼光谱技术 相干拉曼散射 受激拉曼散射 相干反斯托克斯拉曼散射 时域 频域 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618007
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025021
江西师范大学物理与通信电子学院,江西 南昌 330022
提出一种基于两相交开口谐振环(TI-SRR)的超材料太赫兹带阻滤波器,通过改变TI-SRR线宽、环间间隔和半径大小,探究各参数对滤波器透射系数的影响。研究了超材料太赫兹带阻滤波器三个谐振点处的电场和表面电流分布,进而分析了滤波器的工作机理。为了验证理论模型的计算结果,采用微纳光刻技术制备滤波器的实物样品,使用太赫兹时域光谱系统进行测试。结果表明,该滤波器有3个谐振点,谐振频率分别为0.431、0.476、0.934 THz,对应的透射系数(S21)分别为42.518、40.331、14.132 dB,10 dB阻带带宽分别为0.220 THz和0.026 THz。实测曲线整体趋势与仿真曲线保持一致,阻带特性相较良好,测试结果与仿真结果较为符合。该滤波器在新型通信设备和精密仪器领域有较高的应用价值。
超材料 太赫兹 带阻滤波器 微纳光刻 太赫兹时域光谱
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,吉林 长春 130022
3 长春理工大学中山研究院,广东 中山 528403
光学延迟线是影响太赫兹时域光谱系统中太赫兹信号准确性、信噪比以及频谱分辨率的关键环节。本文设计了一种由24个转盘反射面(TRS)构成的快速旋转光学延迟线(FRODL)。通过对FRODL工作角度的仿真,得到了其理论延迟时间和理论非线性度。基于FRODL实际耦合过程中耦合功率的波动性大小,确定了FRODL的实际工作区间,并搭建了偏振迈克耳孙干涉系统,对FRODL结构的实际延迟时间进行标定,得到了各转盘反射面工作的实际延迟时间。标定结果显示,FRODL校准前的最大非线性误差为0.094 ps,非线性度为0.215%。通过两次利用三次样条插值,对FRODL实际延迟时间和采样点信号进行匹配,获得了校准后的太赫兹等间隔时域波形。
光学延迟线 非线性校准 太赫兹时域光谱系统 延迟时间 非线性误差
中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
为解决分布式相位敏感光时域反射计系统现有事件识别方法对于相似振动信号识别困难这一问题,提出了一种基于多尺度特征融合的相似信号识别方法。在该方法中,原始信号首先通过经验模态分解和小波包分解被分解为不同频率范围内的子信号。随后,分别提取原始信号和子信号的时频特征和近似熵特征,并利用主成分分析法对所提取的特征进行融合。最后,通过构建一个6层轻量反向传播(BP)神经网络分类器,训练分类模型并利用测试集验证模型分类度。该方法对小车经过和行走等相似信号的识别准确率可分别达到98.5%和98.0%,对于敲击和摇晃差异性大的信号的识别准确率可达100%。相比于直接从原始信号中提取特征并结合时频图的卷积神经网络方式,所提方法的综合识别准确率分别提高了8.4%与9.0%,相似信号的识别准确率分别提高了13.5%与12.4%。结果表明,该方法在保证差异性大的信号的高识别准确率的基础上,显著提高了相似信号的识别准确率,对于拓展分布式光纤传感的应用范围有重要的价值。
光通信 相位敏感光时域反射计 时频特征 近似熵 多尺度特征融合 反向传播神经网络
武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,湖北 武汉 430081
基于时域有限差分法仿真模拟了毫米级超材料的中远红外光谱响应,并结合电场散射效应分析了毫米方形图案的边缘电场分布对红外反射率的影响。通过参数扫描法优化得到了方形单元的最优厚度。将边缘区域离散化为独立单元,并将x、y方向分别设置为完美匹配层(PML)、periodic边界条件,通过迭代计算及加权叠加获得了毫米方形超材料的红外光谱响应及电场分布。结果表明,该超材料在2~16 μm内的红外反射率保持在81.9%以上,最高可达87.05%。当图案占空比相同时,单元周期的减小增强了超材料边缘区域的电场散射效应,导致其在8~10 μm远红外波段内的反射率保持在84.25%以上。实测结果与仿真结果较好地吻合,这为毫米级红外辐射抑制超材料的设计提供了新的思路。
光学设计 毫米级超材料 电场散射效应 时域有限差分法 中远红外高反射