我们利用周期性极化铌酸锂(PPLN)波导模块演示了从铷原子D1线(795 nm)到光通信L波段(1 621 nm)的频率下转换,并将1 621 nm的转换光子通过15 km光纤进行长距离传输。为了降低由泵浦光引起的宽带自发拉曼散射噪声,我们用两个标准具级连方法将噪声带宽压窄至256 MHz。我们研究了下转换光子远距离传输后的信噪比随脉宽和平均输入光子数的变化关系,表明在低的器件外部转换效率(0.84%)下,当脉宽为30 ns,平均输入光子数为2个时,信噪比为1.5。

针对激光频率长期漂移锁定问题,实现了一套以光学频率梳为参考源的数字稳频系统。该系统将被控激光与光学频率梳外差干涉,获取表征激光频率偏移的拍频信号,通过自主研制的数字计数式频率电压转换电路测量拍频电信号的频率,并将频率值转换为误差电压信号,通过主控程序反馈控制被控激光。在对760 nm窄线宽半导体激光器的长期频率稳定实验中,本系统将该激光器频率的长期稳定度提高2个量级,达到4.4×10 ^-10 (τ=262 s),表明本系统可对波长在光学频率频谱范围内的激光实现长期偏频锁定,为进一步激光精细锁频锁相提供基础。

温度的可视化实时监测, 一直都是科学研究的重点方向。 荧光传感是一种具有高灵敏度、 快速响应、 可视化等优点的半侵入式测温方法, 在生物医药等领域已被广泛应用。 然而, 传统荧光探针容易受到外界条件波动的影响而产生误差。 为解决这一问题, 可以采用两组荧光检测信号构建比率型荧光探针, 通过两组信号的相互校准提高检测的准确性。 传统的比率荧光温度探针大多基于下转换荧光发射, 这类探针通常由短波长光激发, 对生物组织穿透性差且有一定伤害, 还会受到生物组织自发荧光的干扰。 频率上转换是由长波长激发, 短波长发射的一种光致发光现象, 由其构建的荧光探针可以克服传统下转换荧光探针的上述缺点。 而基于三线态-三线态湮灭(TTA)机理的频率上转换发光体系, 由光敏剂和湮灭剂的双分子体系共同构成, 因而自身就同时具有上/下转换的发光特性, 满足了构建比率型荧光探针的条件。 然而目前, 基于TTA上转换体系的比率型荧光温度探针还鲜见报导, 已报导的工作中仍需要另外添加参比探针。 仅通过TTA双分子体系构建的上/下转换比率型荧光温度探针仍然是一大挑战。 本文通过将传统的TTA上转换体系(PdOEP/DPA)负载于由温敏型两亲性聚合物Pluronic-F127组装形成的胶束中, 形成上转换纳米胶束温度探针。 随着温度的升高, 聚合物亲水链段水溶性下降, 向胶束核心位置收缩, 导致负载上转换分子的胶束内部空间体积减小, TTA分子间碰撞概率增大, 上转换效率提高, 上转换发光的强度也随之提高; 与此同时, 光敏剂的下转换磷光发射也会发生小幅度的下降。 由此上/下转换两组荧光信号构成的比率荧光, 可成功实现25~60 ℃范围内对温度的线性检测, 并可通过肉眼观察到体系发光由紫红色向蓝紫色的转变, 检测结果的重复性良好。 TTA上转换分子通过被温敏聚合物胶束的包覆, 既解决了在实际应用中探针水溶性差, 以及上转换发光易被氧气淬灭的问题, 还为上转换体系提供了温敏性质, 实现了上转换发光对温度的精确响应。 这种基于上转换纳米胶束的比率型荧光温度探针不仅制备方法简单, 具有良好的生物相容性, 且检测灵敏度高, 可以人眼识别, 无需外加参比, 对生物体内温度在线监测的实现具有重要意义。

激光冷却原子技术已在精密测量领域获得广泛应用,偏振梯度冷却技术是获得超冷原子的常用方法。偏振梯度冷却需要大范围减小冷却光频率,传统方案是用声光移频器的衍射光作为冷却光,通过改变声光移频器的移频量改变冷却光频率,但声光晶体移频带宽较窄,该方法冷却光频率移动不能充分进行,这严重限制了原子冷却的效果。介绍了一种可大范围改变冷却光频率的方法，该方法通过改变激光器输出频率来实现冷却光频率的改变,频率调谐范围可达120 MHz。该方法可获得更低温度和更多数目的原子源,满足高精度冷原子物质波干涉测量的需求。

基于电磁波与时变介质相互作用能够实现电磁波频率上转换的原理, 通过粒子模拟(PIC)方法对电磁波与时变等离子体薄层相互作用进行模拟, 实现了频率由2.45 GHz提升至130 GHz, 功率转化效率约为0.39%。探究了等离子体参数(包括等离子体密度、有限的等离子体上升时间以及等离子体薄层厚度)对频率上转换的影响。模拟结果验证了等离子体密度决定上转换频率, 与理论结果相符。模拟结果表明, 等离子体薄层厚度越大, 得到的上转换波的能量越大; 等离子体的上升时间越小, 上转换波的转换效率和频谱纯度越高。采用等离子体密度2×1020 cm-3, 等离子体厚度1 cm, 等离子体上升时间0.04 ns 可以得到可观的130 GHz上转换波输出。

激光与物体相互作用产生的频率转换特性，对于目标探测具有重要的意义。频率上转换回波信号具有强度弱、脉冲展宽、有相移等特性。根据这种回波特性，论文以 PIN光电二极管为探测器件，采用锁定放大技术进行回波信号检测。通过前置放大电路、交流信号放大电路完成回波信号的转换放大，运用相敏检波器实现回波信号提取，并搭建了回波探测系统。实验测试表明，基于锁定放大器的探测系统能够抑制杂波信号，从强噪声背景中提取有效回波信号，针对探测系统前方 1.5 m处的探测靶标，系统的输出信噪比为 16.9 dB。

频率上转换技术在量子光学中的应用日益受到重视，而对脉冲模式的单光子水平的频率上转换的光子数量子统计和传递特性的理论研究还有待完善。在相互作用绘景下用三波混频方程重点讨论了时域上分别为连续相干光场和高斯脉冲相干光场的信号光和抽运光相互作用的非线性频率上转换过程中的光子数量子统计分布的保持和传递特性。结果表明在不同模式的信号光子和抽运光场相互作用下，非线性频率上转换过程可以传递和保持入射的信号光子的光子数量子统计分布特性，对于发展新型量子上转换器件和基于频率转换的量子操控器件有重要的参考意义。

为了发展基于参量上转换的红外成像技术,依据可将10.6 μm红外辐射转换至可见波段的上转换器的理 论模型,计算模拟了GaSe、ZnGeP2和AgGaS2 晶体在各种相位匹配方式下的相位匹配角、走离角、和频 允许角和有效非线性系数,并对结果进行了分析和对比。ZnGeP2 晶体和AgGaS2 晶体均可以实现非临界 相位匹配,和频允许角能达到6
以上,其中ZnGeP2 的有效非线性系数可达75 pm/V,两者都是比较理想的 上转换晶体。模拟计算的结果为进行长波红外的非线性频率上转换实验提供了理论指导。

测量并分析了980nm抽运下Er3+∶YVO4晶体的上转换荧光, 建立了描述Er3+离子跃迁的速率方程。通过求解速率方程并拟合1550nm, 980nm和550nm的荧光衰减实验曲线, 得到了4I13/2+4I13/2→4I15/2+4I9/2, 4I11/2+4I11/2→4I15/2+4F7/2的频率上转换系数C22=9.221×10-17cm3s-1, C33=7.545×10-17cm3s-1。通过测量980nm抽运下的550nm荧光衰减谱, 得到了4S3/2能级的主要上转换机制是以激发态吸收为主。