1 华北电力大学数理系，河北 保定 071003
2 华北电力大学机械工程系，河北 保定 071003
采用开放的梯形三能级原子模型及密度矩阵方程理论，数值模拟了不同参数条件下，双色双光场多光子电离过程中粒子数布居随时间的变化。发现两束激光频率失谐量均为零时，基态、第一、第二共振态粒子数布居随时间呈现振幅减小的拉比振荡，第一共振态布居振荡的频率是基态和第二共振态布居振荡频率的两倍，第二共振态和基态之间可存在较大粒子数布居反转，为实现短波长脉冲相干光输出提供了可能，且激光拉比频率越高，布居振荡频率及粒子数布局反转差值越大。两束激光同步作用于系统，亦有利于粒子数布居反转。
非线性光学 双共振多光子电离 密度矩阵方程 布居反转 时间延迟 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0719001
1 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
2 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
3 上海科技大学大科学中心，上海 201210
4 中国科学院上海高等研究院，上海 201210
为解决硬X射线自由电子激光装置难以提供皮秒至纳秒区间时间分辨的问题，提出了面向目前在建的上海硬X射线自由电子激光装置分束延迟的系统设计。采用基于晶体衍射的延迟方法设计分束延迟光学系统，计算了延迟时间范围，模拟了系统光通量，搭建了一台样机并进行了光路对准实验。该设计采用空间分光方式，将入射脉冲分为两个部分，并通过路程差在二者之间引入时间延迟，具体的原理样机设计适用于光子能量在7~11 keV范围，最多能实现-15.4~503.3 ps的时间延迟。使用Shadow模拟了样机设计的光通量，两个分支光通量分别为33.54%和33.64%，符合1∶1的设计目标。使用绿光激光进行了样机的光路对准实验，证明该样机能使空间分光后的两束光重新复合，为后续X射线验证实验提供基础。该设计具有空间尺寸小、延迟范围大、入射能量和延迟时间连续可调的优点，为上海硬X射线自由电子激光装置的分束延迟系统研制提供参考。
光学设计与制造 分束器 X射线光学 自由电子激光 超快光学 时间延迟 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0122002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
调制传递函数（MTF）是遥感相机的重要评价指标，但是目前对于数字域 TDI CMOS 相机动态MTF特性研究十分有限，为了深入研究其像质下降机理，结合数字域TDI CMOS成像原理，建立了像元、电子快门、曝光时间、振动引起的数字域TDI成像MTF下降数学模型。结合推导模型开展了预估分析和实验验证。结果表明：传感器的有效像元区域分布会影响图像MTF，且开口率越小影响越大；CMOS传感器的卷帘快门会导致数字域TDI成像MTF下降，卷帘速度越慢影响越严重，其中卷帘速度从6 μs变为10 μs时，对应的图像MTF从0.191下降为0.177；曝光时间越短则MTF越高，尤其当存在低频像移失配时更为明显，曝光时间从180 μs减小为100 μs时，图像MTF从0.126提高为0.155，但同时也会影响图像信噪比，因此在实际应用中应合理选择曝光时间。
时间延迟积分 图像传感器 卷帘快门 调制传递函数 像移 TDI image sensor rolling shutter MTF image motion
设计并研制了一种四谱段时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)图像传感器，器件将四个TDICCD集成在同一芯片上，通过在光窗对应位置上镀不同的窄带滤光膜实现多谱段分光。该TDICCD图像传感器的像元尺寸为28μm×28μm，水平寄存器的有效像元数为3072元，行频为10kHz，电荷转移效率高达0.99999，饱和输出电压为2650mV，抗弥散能力大于等于100倍，动态范围为7143∶1。
时间延迟积分 四谱段 电荷耦合器件 图像传感器 time delay integration four spectral CCD image sensor
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
采用离轴三反射结构的大视场空间相机存在较大的光学畸变，导致引入时间延迟积分(Time Delay Integration, TDI)技术的面阵探测器在推扫成像时产生像移模糊。根据畸变引起的TDI成像退化原理，将畸变像移模糊转化为非均匀运动模糊，通过求解像移路径计算初始模糊核，将其作为先验信息，建立半盲复原模型进一步细化模糊核。利用初始模糊核复原的粗略图像边缘指导模糊核的细化，提出一种多方向权重异性的全变差模型提取图像结构信息。为了增强先验信息对模糊核细化的约束，构建了含有初始模糊核的正则项，使模糊核的估计不过度依赖于图像内容，采用多尺度迭代方法求解。最后用正则化约束的非盲反卷积方法去除图像模糊。实验结果表明：与现有的几种去模糊算法相比，所提方法的去模糊效果不仅清晰自然且对不同样本图像的模糊核估计更稳定。
光学畸变 时间延迟积分 模糊核估计 图像去模糊 optical distortion time delay integration blur kernel estimation image deblurring 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210392
1 海装驻武汉地区第七军事代表室, 湖北 武汉 430223
2 上海航天控制技术研究所, 上海 201109
针对光纤链路高精度时频传输要求, 基于时间信号与频率信号混合编码共传手段, 实现了同纤同波的高精度双向时频传输, 验证了IRIG-B编解码模块输出的有效性和可靠性, 达到了1 ns的时间同步精度和17 ps的时延抖动。实验结果表明, 该方案可在长距离光纤时频传输中对温度变化引起的时间延迟及其抖动进行有效补偿。
同纤同波 时频混合编码 时频共传 频率稳定度 时间延迟及抖动 same fiber same wave time-frequency hybrid coding time-frequency transmission frequency stability delay and jitter of time
中国空间技术研究院西安分院，陕西 西安 710100
时间延迟干涉技术（Time-delay Interferometry，TDI）对中国引力波探测项目及其它天基激光精密测量任务具有重要的参考价值。在天基引力波探测任务中，需利用激光干涉仪对无拖曳检验质量块间实现十皮米量级的位移测量精度。其中，激光源频率噪声和时钟频率噪声是两项主要噪声。在欧洲主导的LISA（Laser Interferometer Space Antenna）引力波探测项目中，利用TDI对三星上的十二组相位测量值进行延迟和线性组合，构造出臂长相等的干涉仪，从而消除了激光源噪声以及光学平台位移噪声。为了消除时钟噪声，将时钟信号倍频到GHz，再通过相位调制的方式加载到星间激光链路上，最终从时钟边带拍频信号中提取出时钟噪声，并在TDI的数据组合中将时钟噪声项消除。为了实现TDI的时间延迟处理，要求对星间绝对距离进行精确测量。因此，在TDI机制中，星间激光链路需要同时实现位移测量、时钟边带调制和绝对距离测量3个功能。其中，后两个功能分别大约消耗10%和1%的载波激光功率。LISA项目针对TDI技术的地面论证结果表明，TDI技术对激光源和时钟的噪声抑制分别达到了109和5.8×104倍。
迈克尔逊干涉仪 时间延迟算符 时钟边带调制 伪随机码测距 Michelson interferometer time-delay operator clock sideband modulation pseudo-random code ranging
随着航天遥感领域超高分辨率成像电子学中行频的不断提升，一个积分时间内光生电荷数量逐渐减少，弱光成像能力有所下降，电子学中需要采用增大时间延迟积分级数的方法弥补能量的不足。传统数字域累加探测器有着引入过多噪声与帧频受限的多项弊端，而电荷域探测器的超大级数累加会带来电荷转移效率的下降和图像的混叠。基于此，文章在采用低功耗、高集成度TDICMOS基础上，提出了一种基于电荷域和数字域混合的新型累加方式，并对影响弱光成像像质水平的主要指标进行分析。随后针对混合域累加方式下多感光单元间的像质退化，提出一种基于图像配准的成像时刻校准方法，通过多片感光单元间隔测量和成像时刻时序微调有效改善了大积分级数电荷运动与景物运动的失配程度。最后通过滚筒测试验证了成像时刻校准方法的有效性，通过性能测试验证了混合域成像在弱光照下探测能力的提升。结果表明，文中所提方法有效地解决了TDI型探测器的主要瓶颈，为超高分辨率遥感相机提供了有效的解决方案。
行频 时间延迟积分级数 电荷转移效率 成像时刻 line frequency TDI stage charge transfer efficiency imaging time 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200308
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 长治学院电子信息与物理系, 山西 长治 046011
飞秒激光在材料表面诱导产生亚波长周期结构不仅可以改变材料表面的物化性质,而且具有无掩模制作和一步成型等优点,在多个领域具有广阔的应用前景。然而,目前结构形成存在排列规整性差、形状单一、制备效率低等问题。为此,综述了单束飞秒激光在金属表面高效制备规整性一维亚波长周期结构的研究进展,提出了利用时间延迟多束飞秒激光对金属和半导体表面一维亚波长周期结构产生特征(包括规整性、空间周期、排列方向等)进行灵活调控的新方法,成功实现了形貌特征分别为圆包、三角形、菱形、椭圆状、条纹-纳米颗粒复合等多种二维亚波长周期结构的制备,发现了表面结构调控产生过程中出现的超快物理新现象,阐明了时间延迟飞秒激光束与材料作用过程之间的瞬态关联作用。
激光光学 飞秒激光 表面周期结构 时间延迟 金属 半导体 超快动力学 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111404
