田志辉 1,2王树青 3张雷 1,2,*张培华 1,2[ ... ]贾锁堂 1,2
作者单位
摘要
1 山西大学 量子光学与光量子器件国家重点实验室,太原 030006
2 山西大学 极端光学创新研究中心,太原 030006
3 中国石化石油加工研究院,北京 100089
4 山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司,太原 030006
基于提出的激光诱导击穿光谱(LIBS)和X射线荧光光谱(XRF)的联用多光谱方法,设计了一种基于软件控制的煤质快速分析仪,该分析仪包括LIBS分析模块、XRF分析模块、送样模块、控制模块和操作软件。该仪器不仅发挥了LIBS全元素分析的长处,还继承了XRF高稳定分析的优点,可用于发电厂对压制煤饼进行快速连续的检测。此外,基于偏最小二乘回归方法对数百个煤样进行了光谱分析建模,并完成了工业测试与性能评价。评估结果表明,所建发热量、灰分、挥发分和硫分定标模型的R2分别为0.973、0.986、0.977、0.979,平均绝对误差分别为0.60 MJ/kg、1.24%、0.18%、0.19%,工业分析的平均SD分别为0.11%、0.49%、0.15%、0.09%。模型结果表现出不错的准确度和良好的稳定性,对所有煤炭工业指标的测量重复性均达到甚至优于国标要求。同时,实测结果表明,该仪器对煤炭发热量、灰分、挥发分、硫分的平均绝对误差分别为0.385 MJ/kg、0.830%、0.496%、0.230%,单次样品检测约需5.5 min,能够满足工业现场的实际需求,为煤炭性质的前瞻性预测开辟了道路。
激光诱导击穿光谱 X射线荧光光谱 联用多光谱 高重复性测量 工业设计 煤质分析 Laser-induced breakdown spectroscopy X-ray fluorescence spectrometry Coupled multi-spectrum High repeatability measurement Industrial design Coal quality analysis 
光子学报
2023, 52(3): 0352109
马喆 1†张明江 2,3,*†江俊峰 4,5,6,7张建忠 1,3[ ... ]刘铁根 4,5,6,7
作者单位
摘要
1 太原理工大学电子信息与光学工程学院,山西 太原 030024
2 太原理工大学物理学院,山西 太原 030024
3 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室,山西 太原 030024
4 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
5 天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
6 天津大学光纤传感研究所,天津 300072
7 天津市光纤传感工程中心,天津 300072
基于线性调频(LFM)脉冲的光纤分布式声波传感(DAS)技术采用同时具有连续波形和脉冲波形优势的LFM脉冲作为探测光,利用频移产生附加相位实现光纤应变导致相位补偿的原理进行传感。可实现光纤链路沿线声/振信号的定量波形恢复,具有响应速度快、灵敏度高等特点,在地球物理学、线性基础设施监测等领域具有显著的优势和应用前景。论述基于LFM脉冲DAS技术的基本传感机理,概述传感距离、空间分辨率、频率响应与衰落噪声抑制等关键技术指标的研究进展,介绍DAS在典型应用中的进展,并对未来可能发展趋势进行探讨。
光纤光学 分布式声波传感 线性调频脉冲 瑞利散射 相位解调 
激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106002
作者单位
摘要
激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1100001
张英强 1,2程子毓 1,2李海珍 1,2陈瑞云 1,2[ ... ]肖连团 1,2
作者单位
摘要
1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
在以偏振编码为基础的量子保密通信中,由于外界温度、应力以及光纤的本身缺陷等因素,使得偏振态无法保持长期稳定,增加系统的误码率,因此需进行偏振控制以维持通信系统正常运行。诱骗态已经成为现阶段量子通信网络的常规操作,利用诱骗光子作为偏振参考,有望实现系统偏振态长时间、不间断地锁定控制,提高通信效率。提出了利用现场可编程逻辑门阵列进行偏振态制备以及强光、单光子偏振控制于一体的系统偏振解决方案,将偏振态制备、强光偏振控制、单光子偏振控制单元集成在一个系统中,提高了系统的集成化,增加了系统管理的便捷性,实验测试偏振态制备单元可以根据需要产生不同的偏振态,经过强光偏振控制后,保真度可达99.11%±0.44%,经单光子偏振控制后保真度可达97.93%±0.96%,演示证明了方案的有效性和稳定性。
量子保密通信 现场可编程逻辑门阵列 偏振控制 集成化 
激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106018
作者单位
摘要
1 山西大学激光光谱研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
2 太原理工大学物理学院,山西 太原 030024
3 山西省太原市中心医院,山西 太原 030009
超分辨荧光显微成像技术可以突破光学衍射极限,为研究亚细胞结构乃至蛋白质等生物大分子的内部动力学过程提供了极其重要的研究工具,因此自发明以来就被生物及医学领域的科研工作者所关注和应用,特别是近年来生命科学和生物技术的突飞猛进,使超分辨荧光显微成像技术得到了前所未有的发展。本文主要阐述四种较新超分辨荧光显微技术的研究进展,即最低光子数超分辨荧光显微成像,波动超分辨荧光显微成像,基于荧光发色团反聚束效应的超分辨显微成像,以及基于深度学习的超分辨显微成像方法。分别从这些超分辨荧光显微技术的基本原理,实验实现方法及相关要求,成像性能及其与相关技术的对比,以及与其他超分辨技术的结合等角度,对近期的研究进展和应用情况进行简要说明,以期给该领域的研究人员提供一些参考。
显微成像 超分辨 荧光 最低光子数 深度学习 反聚束 
激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106012
作者单位
摘要
1 山西医科大学第一医院核医学科, 分子影像精准诊疗协同创新中心山西 太原 030001
2 山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室, 激光光谱研究所山西 太原 030006
生命科学的发展一直伴随着显微技术的创新。基于超快光学的单分子相干调制显微成像技术在量子力学的理论基础上, 通过结合超快光学和显微技术使观测生物的微观量子现象成为可能。这篇综述首先介绍了该技术利用飞秒激光脉冲对实现了单分子量子相干态的操控, 并通过调制解调技术获得单分子周围相干信息的基本原理。然后分别介绍了其在生物方面的两个应用: (1)通过降低生物自荧光和背景噪声,实现了生物成像对比度两个数量级的提高; (2)通过提取相干可视度V获得了单分子周围微观的量子信息, 为生物体微环境的观察提供了有效手段。最后文章对基于单分子相干调制显微成像在癌症研究方面做了展望, 该方法将为癌症的早期诊断和预后评估提供新的途径。
显微成像 单分子相干调制 超快光学 成像对比度 相干可视化 癌症检测 microscopy single-molecule coherent modulation ultrafast optics imaging contrast coherent visualization early cancer diagnosis 
量子光学学报
2022, 28(1): 79
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Laser Spectroscopy, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
We report the experimental realization of dark state atoms trapping in a nanofiber optical lattice. By applying the magic-wavelength trapping potentials of cesium atoms, the AC Stark shifts are strongly suppressed. The dark magneto-optical trap efficiently transfers the cold atoms from bright (6S1/2, F = 4) into dark state (6S1/2, F = 3) for hyperfine energy levels of cesium atoms. The observed transfer efficiency is as high as 98% via saturation measurement. The trapping lifetime of dark state atoms trapped by a nanofiber optical lattice is also investigated, which is the key element for realizing optical storage. This work contributes to the manipulation of atomic electric dipole spin waves and quantum information storage for fiber networks.
nanofiber atomic trapping optical lattice dark state 
Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 020201
宫廷 1,2姬中华 1,2李中豪 1,2杜佳琪 1,2[ ... ]贾锁堂 1,2
作者单位
摘要
1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 太原 030006
本文33Σ+1以为中间激发态, 通过扫描光缔合光的频率得到了33Σ+1的不同振动态光谱。研究发现利用短程光缔合制备的超冷基态85Rb133mCs分子产率在33Σ+1(v=3)处较其他振动态更大, 33Σ+1(v=3)转动常数较邻近的振动态有明显变化且与23Π0-(v=14)的能量接近, 这些特征显示了这两个振动态的共振耦合特性。优化光缔合光的功率和光电离光的能量后, 我们得到X1Σ+(v=0)最低振动态超冷85Rb133Cs分子的产率为1.5×104/s。在考虑了分子波函数的宇称和跃迁选择定则后, 我们发现33Σ+1(v=3,J=1)存在单步自发辐射制备超冷基态85Rb133Cs分子的通道, 采用该通道可实现原子-分子相干转移直接制备超冷基态分子。
共振耦合 单步自发辐射 光缔合 光电离 resonant coupling single pass spontaneously decay photoassociation photoionization 
量子光学学报
2021, 27(1): 62
作者单位
摘要
窄线宽激光由于其具有单色性好、 稳定度高、 相干长度长等优点, 广泛应用于光电检测领域, 包括相干通信、 精密测量、 光学频率标准、 吸收光谱计量以及光与物质相互作用研究等。 目前频率稳定的氦氖激光器线宽可以达到MHz量级, 分布反馈式(DFB)光纤激光器线宽可达kHz量级, DFB半导体激光器线宽可以达到MHz量级, 然而光栅反馈半导体激光器可以实现百kHz量级线宽的输出。 为了进一步压窄各类激光器线宽, 需要通过反馈控制技术来锁定激光到某一频率参考。 该研究将自行设计的超稳腔作为频率参考, 实现了632.8 nm外腔半导体激光器(ECDL)线宽的有效压窄。 本窄线宽激光产生系统的研制包括超稳腔设计、 光路设计、 ECDL频率控制以及系统集成。 超稳腔采用两镜法布里-珀罗腔(F-P腔)结构, 腔体是膨胀系数约为10-6 K-1的微晶玻璃, 腔镜为一对反射率达99.988 5%(±0.003 5%)的平面镜和凹面镜。 为进一步减小外界环境对F-P腔腔长的影响, 需要对腔体进行温度控制, 本系统采用四片总功率为96 W的半导体制冷片以及水冷散热设计。 同时为了降低声音和空气流动对腔模频率的影响, 将F-P腔置于真空度为10-5 torr的真空室中; 另外为了有效隔振, 腔体与真空室用硅橡胶材料隔离。 该系统采用的ECDL为德国Toptica公司的DL pro系列激光器, 其具有压电陶瓷(PZT)和电流调制两个频率控制端, 响应带宽分别为1 kHz和100 MHz。 激光器的频率控制采用了Pound-Drever-Hall (PDH)锁频技术, 18 MHz的调制频率加载到激光器的电流调制端, 通过对F-P腔的反射信号进行解调获得误差信号, 通过两路反馈控制, 实现了近1 MHz的锁定带宽。 通过对系统的不断优化, 最后将自由运转状态下约300 kHz的激光线宽压窄到了10 kHz量级, 并且系统运行稳定, 连续12小时锁定的频率漂移量约为30 MHz。 该研究研制的632.8 nm窄线宽激光源不仅可以应用到吸收光谱计量领域, 同时也可以在光学面型精密测量领域发挥重要作用。
窄线宽激光 半导体激光器 超稳腔 频率锁定 Narrow linewidth laser Diode laser Ultra-stable cavity Frequency locking 
光谱学与光谱分析
2021, 41(2): 339
侯佳佳 1,*张雷 1,2赵洋 1尹王保 1,2[ ... ]贾锁堂 1,2
作者单位
摘要
1 山西大学激光光谱研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学, 极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
激光诱导击穿光谱(LIBS)定量分析中的自吸收效应不仅会降低谱线强度和增加线宽, 而且使定标结果饱和, 从而影响最终的分析精度。 为了消除该效应的影响, 提出了一种基于共振双线与非共振双线选择的自吸收免疫激光诱导击穿光谱(SAF-LIBS)技术, 通过比较所测谱线强度比值和理论强度比值来确定等离子体的光学薄时刻, 并使用共振线与非共振线来拓展元素含量的可测量范围。 该技术可以分为定标和定量两个分析过程, 其定标过程为: 计算待测元素的共振双线及非共振双线的理论强度比, 通过对比不同待测元素含量样品的共振双线及非共振双线在不同延时下的强度比和理论比, 确定等离子体的光学薄时刻; 使用一系列标准样品建立LIBS非共振线的单变量定标曲线; 利用准光学薄谱线建立共振线和非共振线的SAF-LIBS单变量分段定标曲线。 其定量分析过程为: 先用非共振线和LIBS定标曲线确定未知样品所属的含量分段, 再用准光学薄谱线以及与所属分段的共振或非共振SAF-LIBS定标曲线完成定量分析。 对Cu元素的单变量定标结果表明, 对于共振线, 最佳延时随着样品含Cu量的增加而增加, 且只有当含Cu量低于0.05%时, 才可能获得准光学薄的共振线, 而随着Cu含量的增加, 自吸收变得非常严重, 以至于无法获得光学薄的共振线; 对于非共振线, 当含Cu量在0.01%~30%范围内, 均可获得准光学薄的非共振谱线, 而当Cu含量大于50.7%时, 将无法在等离子体寿命期内捕获到光学薄谱线。 对Cu元素的定量分析结果表明, 基于共振双线与非共振双线的自吸收免疫LIBS技术可以有效地避免自吸收效应的影响, 各分段定标曲线的线性度均大于0.99, 对两个未知样品中Cu元素含量的绝对测量误差分别为0.01%和0.1%, 探测限达到了1.35×10-4%, 最大可测量范围拓展至50.7%。
激光诱导击穿光谱 自吸收效应 光学薄 元素分析 Laser-induced breakdown spectroscopy Self-absorption effect Optically thin Elemental analysis 
光谱学与光谱分析
2020, 40(1): 261

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