通过改装多旋翼无人机 (UAV ) 和搭载各类载荷以及联合地基观测设备对大柴旦地区大气、环境以及气溶胶参数进行测量。利用获得的数据资料,对该地区近地层气溶胶粒子数浓度(即单位体积空气中气溶胶粒子的数目)、消光系数以及气象要素等特征进行了分析。结果表明,在大柴旦地区,近地层气溶胶粒子数浓度日变化显著,呈现双峰形态,气溶胶粒子数浓度的变化范围为75~220 cm ^-3,消光系数的变化范围为0.004~0.038 km ^-1;当风速小于6 m/s时,气溶胶粒子数浓度与风速呈负相关关系;当风速大于6 m/s时,二者呈正相关关系;相对湿度对气溶胶粒子的影响较小,这可能是由于该地区以沙尘型气溶胶为主,吸湿性较弱。本研究基于多旋翼无人机探测平台,可以有效地获得近地层精细化大气、环境结构,有助于研究人员了解该地区气溶胶的结构、变化特征以及建立气溶胶模式,同时也为气溶胶及大气环境参数探测方法提供了技术支撑及思路拓展。

近年来,空气激光因在大气传感和环境监测等领域具有重要的潜在应用价值而备受关注。空气激光通常是指强激光诱导大气组分粒子布居数反转,进而产生的远场无腔光放大的激射现象。氮气和氧气作为两种主要的大气组分,均可在强激光激发下产生激射行为。光增益介质可以是氧原子、氮原子、氮分子和氮分子离子。本文以飞秒光丝诱导氮分子和氮分子离子激光为例,讨论了空气激光的现象观测、机理探索和应用前景,并着重介绍了光场偏振效应对氮分子离子激射行为影响的研究进展。

我们在一个循环四能级相干原子系统中,理论研究了抽运场与调制场强度对信号场增益的作用。研究表明,在循环四能级相干原子介质中,调制场改变了四个能级间的粒子数布居分布,导致信号场被增益放大。对于N型四能级原子系统,当加入微小的调制场(调制场强度与信号场相等)时,共振处信号增益峰值提高了12倍。相干抽运场诱导信号场放大,且改变抽运场强度可以实现信号场由对应粒子数反转增益到无粒子数反转增益。且随着抽运场强度增加,共振增益的取值先变大后变小。该循环系统在光放大及增益效应研究中可能有重要应用。

提出的一种由掺铒光纤动态光栅和光纤Bragg光栅构成的Fabry-Perot腔。通过建立二能级掺铒光纤动态光栅模型,根据半经典相互作用理论和传输矩阵理论,计算出掺铒光纤动态光栅以及该Fabry-Perot腔的透过率和反射率,并分析动态光栅中相干探测场拉比频率、掺铒光纤长度、光纤Bragg光栅的折射率调制深度以及Fabry-Perot腔的腔长等参数改变时对动态光栅和Fabry-Perot腔反射谱的影响。该Fabry-Perot腔的一个重要性质是其输出光谱可以通过调节探测场的拉比频率、探测场波长等参数进行动态调制。相比于由两个光纤Bragg光栅构成的Fabry-Perot腔,参数可调的系统比参数固定的系统更加灵活,并且能够克服Fabry-Perot腔两端的光纤Bragg光栅不对称的缺点(如不同的Bragg波长、折射率调制深度等),更有利于Fabry-Perot腔的模式选择。该光纤Fabry-Perot腔可以应用于光纤通信的光信号处理或光纤传感领域。

为研究海洋大气气溶胶粒子数浓度时空分布和粒径谱分布特征, 2014年8月至2016年3月期间, 利用光学粒子计数器和自动气象站等设备在广州茂名海边、东海和南海海域、三亚近海海域以及太平洋和印度洋海域对海洋大气气溶胶粒子数密度谱及大气温度、湿度、气压、风速等进行了测量。对不同海域不同气象条件下的谱分布特征进行了统计分析, 并对谱分布进行了拟合。结果表明海洋大气气溶胶粒子谱分布是由一个细粒模和一个中间模组成, 但近海的粒子数浓度大于远海。远海气溶胶粒子谱型稳定, 海面风力是引起粒子数浓度变化的主要原因。东海和南海的粒子谱分为二段, 小于0.5 ?滋m时用Junge谱的指数分布来描述, 0.5~4 ?滋m段用对数正态分布来描述。大风天气下海洋气溶胶的消光系数明显增加, 且在1~3 ?滋m波段的消光特征基本不受波长的影响。

研究了一个囚禁于对称双势阱中的二能级原子与单模腔场的相互作用。 通过求解薛定谔方程,给出了整个系统波函数解析解和原子能级粒子数反转的解析表达式。 分析了当腔场初始态分别为粒子数态、相干态以及热态时原子粒子数反转随时间的演化情况, 并考虑了原子质心运动对粒子数反转的影响。结果表明通过选择合适的腔场初始态、势阱位 置及相关因素,可以有效地控制原子的自发辐射率。

利用发射光谱法测量大气压He-Ar混合气体射频容性放电中的Ar亚稳态1s5(3s23p54s［3/2］2)粒子数密度。在不同的放电功率和气体组分下测量放电等离子体中的重要参数: 气体转动温度、电子激发温度和Ar亚稳态1s5粒子数密度。结果表明: 气体温度在不同放电功率及Ar气压在5×103 Pa以内时变化不大,范围为300~350 K; 电子激发温度随着放电功率的增加而增加,并且在Ar气压为4×103 Pa时最大,在放电功率为70 W时达到0.58 eV; 1s5粒子数密度随着放电功率以及电子激发温度的增加而增加,在放电功率为70 W、Ar气压为4×103 Pa时达到1.53×109 cm-3。

SPASER是所报道的最小的、第一个在可见光或更宽的波长范围内工作的纳米级的有源器件。采用双稳态方法，将SPASER技术引入到改进的MIM波导结构实现表面等离子波放大器的设计，理论上采用SPASER的激光理论的Bloch方程推导得出：泵浦速率小于阈值时，增益介质反转粒子数保持为0，在泵浦速率大于阈值时，反转粒子数随泵浦速率线性增长；系统的几何特性完全由本征模式函数描述，在给定本征模式下，其性质完全取决于材料参数；选择合适的材料参数，可以使各状态的驰豫特征时间都在亚皮秒量级。模型计算结果表明：改进结构不会改变SPPs的强局域化特性；器件解决了SPASER内反馈造成的表面等离子净增益消除的难题。 研究成果可应用到生物传感、波谱检测、显微成像、超快通信等领域。

结合激光微观动力学和热传学,充分考虑到发射激光时的各能级粒子数和热力学分布特性,建立了用于分析二极管抽运铷金属蒸气激光物理特性和增益腔内的温度分布模型,得到了抽运功率和激光输出、光-光转换效率及各物理参数之间的关系,分析了有效提高抽运能量吸收的具体措施,揭示了2P3/2和2P1/2两个精细能级之间的集居数弛豫对半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)物理特性的影响。结果表明: 在设计不同用途DPAL时,必须要综合考虑各种因素,以确定相应的最佳结构参数。