腔衰荡吸收光谱技术的研究进展及典型应用 被引量：9

1

作者 徐毓阳 余锦 +5 位作者 貊泽强 贾慧民 唐吉龙 王晓华 王金舵 魏志鹏 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第19期1-16,共16页

腔衰荡吸收光谱技术是一种灵敏度高、选择性强、响应速度快的直接吸收光谱检测技术,随着激发光源、腔体结构、调制方式等的不断改进和拓展,该技术的最小噪声吸收系数可达到10^(-12)cm^(-1)·Hz^(-1/2)。本文针对腔衰荡吸收光谱检测... 腔衰荡吸收光谱技术是一种灵敏度高、选择性强、响应速度快的直接吸收光谱检测技术,随着激发光源、腔体结构、调制方式等的不断改进和拓展,该技术的最小噪声吸收系数可达到10^(-12)cm^(-1)·Hz^(-1/2)。本文针对腔衰荡吸收光谱检测装置的工作原理、技术特点和国内外典型应用进行综述,分析了激发光源、腔体结构以及调制方式的多样性对腔衰荡吸收光谱检测技术的影响,最后结合腔衰荡吸收光谱技术在不同领域的典型应用对该技术的应用前景进行了展望。 展开更多

关键词 光谱学 腔衰荡吸收光谱技术 激发光源 腔体结构 调制方式

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光腔衰荡光谱技术应用于痕量气体检测的研究进展 被引量：7

2

作者 王晓华 王凯迪 +6 位作者 余锦 贾慧民 貊泽强 王金舵 唐吉龙 方铉 魏志鹏 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第14期120-130,共11页

光腔衰荡光谱(CRDS)技术在对痕量气体的检测技术中占有重要的地位。对基于光腔衰荡光谱技术的痕量气体检测相关研究进行了综述,分析了光腔衰荡光谱技术的相关工作原理及技术特点。介绍了CRDS痕量气体检测在大气环境、生物医学、燃烧化... 光腔衰荡光谱(CRDS)技术在对痕量气体的检测技术中占有重要的地位。对基于光腔衰荡光谱技术的痕量气体检测相关研究进行了综述,分析了光腔衰荡光谱技术的相关工作原理及技术特点。介绍了CRDS痕量气体检测在大气环境、生物医学、燃烧化学等方面的研究进展以及存在的问题;总结了CRDS痕量气体检测的发展趋势。 展开更多

关键词 腔衰荡光谱 痕量气体检测 研究进展 激光技术

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超短脉冲激光与碳化硅相互作用研究

3

作者 王金舵 《科技创新与应用》 2022年第22期79-82,86,共5页

碳化硅(SiC)在半导体制造行业、航空航天领域应用广泛。超短脉冲激光可以实现SiC的冷加工,而研究激光与SiC相互作用过程及损伤阈值是一项重要研究课题。文章基于电子密度增长速率方程,结合雪崩电离模型、光致电离模型及电子空穴复合模型... 碳化硅(SiC)在半导体制造行业、航空航天领域应用广泛。超短脉冲激光可以实现SiC的冷加工,而研究激光与SiC相互作用过程及损伤阈值是一项重要研究课题。文章基于电子密度增长速率方程,结合雪崩电离模型、光致电离模型及电子空穴复合模型,对百飞秒至十皮秒的超短脉冲激光与SiC相互作用过程进行分析。结果表明,在波长不变的情况下,SiC损伤阈值随着脉宽变窄而呈线性减小,存在理论上的最小损伤阈值,对于1064 nm激光该值为0.47 J/cm^(2)。在脉宽不变的情况下,SiC损伤阈值随波长变长而增大。将模型计算与已报道实验结果进行比较,具有较好一致性。该研究可为SiC材料的超短脉冲激光加工参数选择提供理论指导。 展开更多

关键词 超短脉冲激光 冷加工 碳化硅 电子密度增长速率方程 损伤阈值

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基于CW-CRDS的大气甲烷浓度直接测量方法研究

4

作者 王金舵 徐文斌 +2 位作者 貊泽强 何建国 刘洋 《科技创新导报》 2022年第19期23-27,100,共6页

腔衰荡光谱技术(CRDS)具有高灵敏度、高精度、高光谱分辨率,适合痕量气体检测。但是,其在被用于测量大气甲烷浓度时,需要对大气样本进行预处理,否则会受到其他气体吸收特性和气溶胶消光特性干扰,影响测量精度。本文针对这个问题,提出了... 腔衰荡光谱技术(CRDS)具有高灵敏度、高精度、高光谱分辨率,适合痕量气体检测。但是,其在被用于测量大气甲烷浓度时,需要对大气样本进行预处理,否则会受到其他气体吸收特性和气溶胶消光特性干扰,影响测量精度。本文针对这个问题,提出了一种基于CW-CRDS的直接测量大气甲烷浓度的方法,利用可调谐激光器进行光谱扫描,在同时测量大气中水汽、二氧化碳吸收系数和多种粒径气溶胶颗粒消光系数的基础上,结合波长校正法,提高了在环境大气中无预处理条件下的大气甲烷测量准确性。 展开更多

关键词 腔衰荡光谱技术 大气甲烷 多组分气体吸收 气溶胶消光

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激光光斑照度的散射成像测量方法 被引量：10

5

作者 孟晶晶 余锦 +2 位作者 貊泽强 王金舵 代守军 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期134-141,共8页

微透镜阵列法是实现光束匀化的主要途径之一,通过改变成像透镜的光焦度,可在焦平面处得到大面积的均匀光斑。基于理论和实验分析了散射成像法的可行性,为了准确测量焦平面处光斑的照度,在考虑漫射板反射率及相机离轴角等影响因素的基础... 微透镜阵列法是实现光束匀化的主要途径之一,通过改变成像透镜的光焦度,可在焦平面处得到大面积的均匀光斑。基于理论和实验分析了散射成像法的可行性,为了准确测量焦平面处光斑的照度,在考虑漫射板反射率及相机离轴角等影响因素的基础下,从张正友相机标定法出发,建立了图像灰度值与目标面光斑照度的数学关系;在实验中标定了漫反射板的双向漫反射分布函数,针对两种焦距的主积分透镜,测量了焦平面及附近位置处匀化光斑的照度分布。实验结果表明:当积分透镜焦距分别为300 mm和500 mm时,目标面处的激光通量基本一致,光斑大小与理论值基本接近;分别比较了两种情况下观察面离焦时光斑分布的变异系数,得到光束经微透镜后匀化效果最佳的位置。 展开更多

关键词 测量 漫散射 CCD成像法 照度分布 微透镜匀化

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大气激光通信强度调制技术差错性能研究 被引量：8

6

作者 王宝鹏 余锦 +6 位作者 王云哲 孟晶晶 貊泽强 王金舵 代守军 何建国 王晓东 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第23期127-139,共13页

介绍19种典型强度调制方式的符号结构,推导它们在高斯信道、弱湍流信道、中强湍流信道中的误时隙率(SER)模型,并进行了数值仿真。仿真结果表明:随着信噪比不断增大,各调制方式的SER持续减小并逐渐趋于一致,当SER趋于一致时,对信噪比的... 介绍19种典型强度调制方式的符号结构,推导它们在高斯信道、弱湍流信道、中强湍流信道中的误时隙率(SER)模型,并进行了数值仿真。仿真结果表明:随着信噪比不断增大,各调制方式的SER持续减小并逐渐趋于一致,当SER趋于一致时,对信噪比的要求随湍流强度的增大而增高。脉冲位置调制(PPM)在三种信道中的SER均为最小;调制阶数较小时,差分幅度PPM的SER最大,调制阶数较大时,开关键控(OOK)的SER最大。其余调制方式的SER介于OOK、PPM与差分幅度PPM之间,并随着调制阶数的增大出现分层现象。研究结果对实际激光通信系统的设计具有一定参考价值。 展开更多

关键词 光通信 强度调制 自由空间光通信 直接检测 误时隙率 大气信道模型

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连续波腔衰荡光谱技术中模式筛选的数值方法 被引量：5

7

作者 王金舵 余锦 +5 位作者 貊泽强 何建国 代守军 孟晶晶 王晓东 刘洋 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第24期153-163,共11页

连续波腔衰荡光谱(CW-CRDS)测量中多模衰荡的产生是严重影响痕量气体测量灵敏度的重要因素.本文针对衰荡腔内无光阑或光阑滤模不彻底的CRDS装置,通过分析腔误调时的能量耦合规律以及受关断时间影响的衰荡过程,提出阈值选择和拟合度判定... 连续波腔衰荡光谱(CW-CRDS)测量中多模衰荡的产生是严重影响痕量气体测量灵敏度的重要因素.本文针对衰荡腔内无光阑或光阑滤模不彻底的CRDS装置,通过分析腔误调时的能量耦合规律以及受关断时间影响的衰荡过程,提出阈值选择和拟合度判定两种非光阑模式筛选方法,利用数值方法达到抑制多模衰荡及筛选基模衰荡(优衰荡)的目的.首先对CW-CRDS实验中平均采样和单次采样模式下出现的多种衰荡类型进行了归纳分析,发现可以通过单次采样数据预测多次采样的测量结果,实验结果与预期一致.解决了CRDS实验"平均"和"拟合"的先后顺序问题.在此基础上,利用优衰荡出现概率满足二项分布模型的特性,建立了优衰荡出现频率随触发阈值变化的概率模型,用于选择合适的触发阈值.实验表明提升触发阈值可以有效地抑制多模衰荡,使测量灵敏度提升约一个数量级.随着触发阈值的提升,通过优衰荡得到的Allan方差将趋于一个定值,但是衰荡过程获取时间将逐渐延长.因此,在CW-CRDS检测中触发阈值应设置在保证全部衰荡过程均为优衰荡的最小阈值处.之后,采用拟合度判定法对实验数据进行了筛选.最后给出了两种方法的适用范围,拟合度判定法虽然简单但局限性较大,阈值选择法可适用于腔误调程度不严重的情况. 展开更多

关键词 腔衰荡光谱技术 腔误调 多模衰荡 测量灵敏度

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高功率板条激光介质的纵向强制对流换热技术 被引量：5

8

作者 何建国 李明 +7 位作者 貊泽强 王金舵 余锦 代守军 陈艳中 葛文琦 刘洋 凡炼文 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期223-230,共8页

液体强制对流换热因具有较高的可靠性和性能稳定性而被广泛使用于高功率板条激光介质介质的制冷,但沿流场方向产生的温度梯度会显著改变激光介质的热应力状态而带来不良影响。提出了基于冷却流场与目标温度匹配控制思路的双大面侧泵激... 液体强制对流换热因具有较高的可靠性和性能稳定性而被广泛使用于高功率板条激光介质介质的制冷,但沿流场方向产生的温度梯度会显著改变激光介质的热应力状态而带来不良影响。提出了基于冷却流场与目标温度匹配控制思路的双大面侧泵激光介质纵向强制对流冷却方案(Longitudinal forced convection),利用非定常边界条件的流-固耦合有限元仿真方法对比了全腔浸泡对流冷却(Cavity forced convection)、微通道传导冷却技术方案(Micro-channel conduction),针对入口流量、流场状态、流道壁面条件等因素进行了详细研究。在30 L/min入口流量下,该方案热交换区域固液界面平均对流换热系数达104 W·m^-2·K^-1量级,且均匀分布。此外,通过改变壁面粗糙程度能够获得更高的对流换热系数。根据设计结果研制了一套板条激光放大器,实验监测点的温度结果与模拟仿真预测结果相吻合,冷却性能达到预期。 展开更多

关键词 热管理 板条晶体 计算流体力学 强制对流换热 温度分布

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脉冲激光沉积微粒控制技术的研究进展 被引量：3

9

作者 代守军 余锦 +5 位作者 貊泽强 王金舵 何建国 王晓东 孟晶晶 王宝鹏 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第1期52-62,共11页

脉冲激光沉积技术作为一种简单、通用和高效的薄膜生长技术,在科研和工业领域具有广泛的应用前景。在许多高科技应用中对薄膜质量的要求日趋严格,如何减少或消除薄膜内部和表面的微粒成为了亟待解决的问题。介绍了脉冲激光沉积技术中微... 脉冲激光沉积技术作为一种简单、通用和高效的薄膜生长技术,在科研和工业领域具有广泛的应用前景。在许多高科技应用中对薄膜质量的要求日趋严格,如何减少或消除薄膜内部和表面的微粒成为了亟待解决的问题。介绍了脉冲激光沉积技术中微粒出现的根源并讨论了各种微粒控制技术的优缺点,最后简要展望了脉冲激光沉积微粒控制技术的发展趋势。 展开更多

关键词 激光技术 脉冲激光沉积技术 微粒 光滑薄膜生长

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150fs～10ps脉宽下熔石英激光损伤的仿真与分析 被引量：3

10

作者 王金舵 郭喜庆 余锦 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期9-15,共7页

基于约化电子数密度增长速率方程,建立了熔石英导带电子数密度随脉冲持续时间变化的模型。利用电子数临界密度这一概念,得到了150fs^10ps脉宽下,熔石英激光损伤阈值范围。分析表明,5~10ps,雪崩电离仍然起主要作用,而光致电离提供的初始... 基于约化电子数密度增长速率方程,建立了熔石英导带电子数密度随脉冲持续时间变化的模型。利用电子数临界密度这一概念,得到了150fs^10ps脉宽下,熔石英激光损伤阈值范围。分析表明,5~10ps,雪崩电离仍然起主要作用,而光致电离提供的初始电子使雪崩电离不再依赖材料原有的初始电子;当脉宽减小到约为4ps时,光致电离与雪崩电离作用相等;之后,光致电离起主要作用。通过仿真出的损伤阈值拟合,得到了该脉宽区间下新的脉宽定律:熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.38次方;考虑温度对熔石英损伤阈值的影响,熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.34次方。 展开更多

关键词 激光损伤阈值 脉宽定律 超短脉冲 雪崩电离 光致电离

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光束积分激光空间整形技术 被引量：3

11

作者 孟晶晶 余锦 +3 位作者 貊泽强 王金舵 代守军 王晓东 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2019年第13期12-23,共12页

许多应用中都需要激光光束强度均匀分布,或者按照设计要求对激光光束的强度相位分布进行特定调制,因此,有必要对各种光束整形技术进行研究。目前,已发展了多种激光光束整形技术,其中光束积分法原理简单,适用性广,因此基于此方法的光束... 许多应用中都需要激光光束强度均匀分布,或者按照设计要求对激光光束的强度相位分布进行特定调制,因此,有必要对各种光束整形技术进行研究。目前,已发展了多种激光光束整形技术,其中光束积分法原理简单,适用性广,因此基于此方法的光束整形技术具有很大的工程价值。主要介绍了基于棱镜、反射镜及微透镜阵列等光学元件的光束积分系统的组成情况,列出了典型整形光路,以及近年来在光束整形方面的研究进展。同时,介绍了在整形过程中上述方法的各自特点。 展开更多

关键词 激光光学 光束积分法 棱镜 数字微镜器件 微透镜阵列

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基于阈值调节的腔衰荡光谱检测量程扩展方法研究 被引量：3

12

作者 貊泽强 余锦 +6 位作者 何建国 王金舵 刘洋 代守军 王晓东 孟晶晶 徐毓阳 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期140-146,共7页

当待测气体浓度较高时,腔内吸收损耗较大,限制了腔衰荡光谱检测技术的检测量程。针对这一问题,分析了采样阈值与气体浓度检测之间的相关性,模拟了阈值调节对检测精度的影响,建立了描述阈值与气体浓度的动态响应范围的模型,提出了通过调... 当待测气体浓度较高时,腔内吸收损耗较大,限制了腔衰荡光谱检测技术的检测量程。针对这一问题,分析了采样阈值与气体浓度检测之间的相关性,模拟了阈值调节对检测精度的影响,建立了描述阈值与气体浓度的动态响应范围的模型,提出了通过调节阈值实现检测量程扩展的方法。在实验中,利用腔衰荡光谱检测装置对不同浓度的甲烷标准气体进行测量,测量结果与理论模拟结果一致。通过调节检测阈值,将量程扩展到1×10^-4(体积分数),动态响应范围为2.72×10^4,最大引用误差为0.78%。该方法解决了腔衰荡光谱技术中低检出限和大量程不能同时满足的问题,为阈值参数的设置提供了分析方法。 展开更多

关键词 测量 激光光谱 腔衰荡光谱 阈值调节 量程扩展

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单光束多组分温室气体的腔衰荡光谱同步检测 被引量：2

13

作者 王金舵 余锦 +5 位作者 貊泽强 何建国 代守军 陈炫坤 孟晶晶 于鸿瑞 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2046-2052,共7页

腔衰荡光谱技术(CRDS)作为一种具有高灵敏度高光谱分辨率的检测方法已被广泛用于痕量气体检测。而目前基于CRDS痕量气体检测多针对单一气体进行测量或通过多个激光器产生的多光束进行多种组分气体浓度测量。利用DFB激光器波长可调谐特性... 腔衰荡光谱技术(CRDS)作为一种具有高灵敏度高光谱分辨率的检测方法已被广泛用于痕量气体检测。而目前基于CRDS痕量气体检测多针对单一气体进行测量或通过多个激光器产生的多光束进行多种组分气体浓度测量。利用DFB激光器波长可调谐特性,通过强弱吸收峰结合,使用单光束实现了多种温室气体的腔衰荡光谱技术同步检测。由于大气中水汽和二氧化碳浓度较高,为实现同一衰荡系统对三种温室气体的同步测量,在平衡吸收损耗的基础上,选取1653~1654nm内甲烷的强吸收峰与水汽、二氧化碳的弱吸收峰进行测量。通过光谱叠加反演矩阵,分别得到甲烷、水汽、二氧化碳的浓度。在计算测量灵敏度过程中发现,通过去除衰荡过程初期的部分数据点(过滤区间),会对噪声等效吸收系数产生影响。多数情况下,在测量灵敏度计算方面,列文伯格-马夸尔特算法(L-M)会优于离散傅里叶变换法(DFT);但当衰荡曲线的单指数性下降时,上述结论不一定成立。搭建了一个低精细度(F≈6×10^3)衰荡腔对上述结论进行了实验验证。相较于用于测量温室气体浓度的高精细度衰荡腔(F≈1×10^5),低精细度衰荡腔的衰荡速率较快,衰荡曲线的单指数性明显低于高精细度衰荡腔。实验表明,在过滤区间长度较短时,采用DFT算法计算得到的噪声等效吸收系数会小于L-M算法得到的结果。当过滤区间长度增加时,L-M算法得到的结果优于DFT算法。在受过滤区间长度影响方面,DFT算法的波动性要明显小于L-M算法。根据Allan方差分析,在512次采样平均(约8s)下的最小噪声等效吸收系数进行计算,该CRDS装置测量灵敏度为2.4×10^-10cm^-1。在25℃标准大气压下,对应甲烷、水汽、二氧化碳的测量灵敏度分别为0.64ppbv,3.5ppmv和4.0ppmv。基于该CRDS装置,通过单光束多波长测量方法,利用光谱叠加反演矩阵,测得大气中甲烷、水� 展开更多

关键词 腔衰荡光谱技术 温室气体 痕气检测 拟合算法

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