中红外时间拉伸频率上转换高光谱成像系统研究

高光谱成像技术是一种分析物质化学成分、物理性质和形态等信息的非接触式、无损检测方法。然而,中红外波段分子指纹谱测量,受限于探测器响应速度和固有噪声,传统的高光谱成像技术难以同时实现高速和高信噪比测量。基于时间拉伸频率上转换的光谱测量技术具有高测量速度、高光谱分辨率、宽光谱覆盖等优势,与高光谱成像技术结合后,可为快速获取样品种类与形态信息提供可靠手段。搭建了中红外时间拉伸频率上转换高光谱成像系统,同源产生1047 nm泵浦光与1550 nm信号光平均功率分别为2 W和100 mW,结合同步泵浦技术,可在两块周期性极化铌酸锂晶体中分别实现中红外脉冲的产生与频率上转换,完成将中红外波段分子指纹谱信息传递至近红外波段,解决了难以高速、低噪声探测中红外光谱信息的难题。通过对晶体温度与工作通道的调谐,中红外波段探测范围可覆盖2700~3900 nm,具有多样品检测能力。对频率上转换的近红外脉冲进行时间拉伸并与高光谱成像相结合,通过逐点扫描对比色皿中苯溶液吸收光谱及空间分布信息进行实测,光谱数据与傅里叶变换红外光谱仪测量结果高度吻合,能在8 s内完成600μm×1200μm空间区域的高光谱成像,单个像素点采集时间12.9 ns,光谱测量速度77.6 MSpectra·s^(-1),光谱分辨率5.8 cm-1,证实了系统对光谱覆盖范围内液相分子的高速光谱测量及空间分辨能力。解决了传统高光谱测量方式在中红外波段存在响应速度慢、积分时间长、信噪比低的难点,能以10~7帧率的光谱刷新率完成多组分样品检测及其形态测量,为材料与生物成像分析等领域提供了新途径。

Er^(3+)/Yb^(3+)共掺杂AlF_3基氟化物玻璃材料的频率上转换

Er3+ /Yb3+ 共掺杂的AlF3基氟化物玻璃材料ABCY的制备及其上转换荧光性质。样品的组分为 40AlF3 2 0BaF2 2 0CaF2 (2 0 2x 2y)YF3 xEr2 O3 yYb2 O3。在 95 0nm连续LD激发下 ,观察到该材料很强的绿色上转换发光 ,研究了该体系的上转换机理 ,认为Yb3+ 和Er3+ 之间的APTE效应是最主要的上转换途径。解释了红、绿色上转换荧光强度比值增大的现象 ,指出了可能的交叉弛豫过程。用公式y =a(x -x0 ) n 对上转换荧光强度与LD工作电流的关系进行拟合 ,得到的结果与理论值很好地一致。

三维立体显示——频率上转换研究的新进展

本文论述了三维立体显示技术的应用前景和研究现状，系统地阐述了频率上转换在三维立体显示上的可能应用和该上转换新生长点的科学意义；创新地提出在ＺＢＬＡＮ：Ｐｒ，Ｙｂ玻璃中三维立体显示的构想，并初步实现了这一构想。

掺Tm^(3+)石英光纤中频率上转换产生可见光的实验研究

报道了实验研究连续锁模1053nmNd：YLF激光泵浦的掺Tm3+石英光纤中可见光区的频率上转换过程．测量了可见荧光光谱，并用Tm离子的分步三光子吸收过程解释了可见光频率上转换现象．

掺Tm^(3+)石英光纤频率上转换过程的实验研究

报道了实验研究连续１０５３ｎｍＮｄ３＋ＹＬＦ激光泵浦国产掺Ｔｍ３＋石英光纤产生紫外（３８７．４ｎｍ）、蓝光（４７７．４）、红光（６５１．４）、近红外光（８０２．９ｎｍ）的频率上转换荧光的实验结果。测量了荧光发射光谱以及发光强度随泵浦功率的变化，并给出了实验结果的初步机理解释。

激光诱导水体频率上转换的荧光发射

用Nd:YAG的二倍频532 nm激光对几种不同水体的激光诱导荧光(LIF)光谱进行了测量,利用特征光谱荧光标记(SFS)技术指认出水体中溶解有机物(DOM)、叶绿素a(Chl a)及类胡萝卜素等物质的特征光谱带。指出在455 nm波长处具有较大强度的荧光峰是附属色素中抗氧化作用的类胡萝卜素(PPC)的贡献。提出了激光诱导PPC荧光频率上转换发射的动力学模型。

多壁纳米碳管的频率上转换效应研究

实验上测量了多壁纳米碳管的吸收光谱和光致发光谱,观察到了多壁纳米碳管的光频率上转换效应,激发波长为1064nm,发射光谱为带状光谱,峰值波长为780nm.由吸收光谱上观察到了纳米碳管的态密度分布的范霍夫奇点,这些奇点对应的吸收峰位置为685nm,719nm和894nm.上转换过程是纳米碳管的电子经双光子吸收,再经无辐射跃迁布居在范霍夫奇点,最后经辐射跃迁而产生荧光.

Yb^(3+)/Er^(3+)共掺碲钨酸盐玻璃的能量传递与频率上转换发光

在970nm LD激发和Er^(3+)离子浓度几乎不变情况下,研究了Yb^(3+)/Er^(3+)共掺碲钨酸盐玻璃中的能量传递和其上转换发光特性。结果表明:随掺Yb^(3+)浓度的增加,Yb^(3+)件/Er^(3+)间能量传递效率也增加,其值在0.52到0.60之间。在Yb^(3+)/Er^(3+)共掺碲钨酸盐玻璃中观察到峰值分别位于533,547nm和668nm的上转换绿光和红光,它们分别来源于Er^(3+)离子2~H_(11/2)→~I_(15/2)(533 nm),~S_(3/2)&→~4I_(15/2)(547 nm)和~4F_(9/2→~4I_(15/2)(668 nm)辐射跃迁。上转换红光和绿光均为双光子过程,且随Yb^(3+)离子掺杂浓度的增加,上转换红绿光强度和其强度比值I_r/I_g也增加,这被认为是与激发态Er^(3+)与激发态Yb^(3+)之间的能量传递过程有关。

基于ZBLAN:Pr,Yb频率上转换发光的三维立体显示

本文对利用ＺＢＬＡＮＰｒ，Ｙｂ频率上转换发光的三维立体显示做了研究，探讨了其中的一些物理问题．在实验中，我们利用Ｙｂ３＋离子敏化的方法提高Ｐｒ３＋的上转换发光效率；

Er^(3+)掺杂ZBLAN非晶的激发态频率上转换

非晶 ＺＢＬＡＮ光纤玻璃中掺杂稀土离子 Ｅｒ_（３＋）的上转换发光的研究表明，在室温、大功率半导体激光器的激发下，Ｅｒ_（３＋）的荧光主要是通过单离子步进双光子过程发生的，而其多光子过程虽然非常微弱，但在强的半导体激光的照射下也可产生．通过对这两种不同过程的实验测量，可以为进一步深入地研究上转换机制提供新的依据．

频率上转换中信号模式识别研究

使用上转换材料可有效地将红外射线转换为可见光。对于确定的上转换材料，当 选用恰当的激发光源进行激发时，可得到唯一确定的转换光谱；使用上转换材料将红外射线转 换为可见光这种技术，有很好的私密性，可安全、有效地用于防伪鉴真识别技术中。本文在光 学频率上转换理论上，建立了弱光光谱检测系统，使新型光谱发射器件、专用光电接收器件、 光德波器件和光电混合集成模块、专用弱光信号处理及补偿芯片等元件实现优化组合和匹配。

10.6微米激光频率上转换研究

本文研究了10.6μm激光在AgGaS2非线性晶体中的频率上转换过程,给出了相位匹配角以及对10.6μm光的相位匹配接收角和有效带宽的计算结果。实现了10.6μm光至0.967μm光的频率转换。未聚焦时,最大功率转换效率大于7％。测量了η(θ)曲线和η(ⅠP)曲线,最佳Ⅱ类相位匹配角为38°50′。分析了影响转换效率的多种因素和作为红外探测器的上转换系统的主要噪声来源.

Tm:BaY_2F_8的频率上转换发光

本文首次报导了掺铥的重金属—过渡金属氟化物Tm :BaY2 F8粉体的制备及其频率上转换发光 ,在 6 5 0nm的红光激发下 ,样品可产生频率丰富的上转换发射峰 ,其中包括波长为 41 7nm、430nm的紫光发射峰以及波长为 45 6nm、470nm的蓝光发射峰。作者根据所报告的光谱数据 ,得到了Tm3 +离子在BaY2 F8中的能级图 ,解释了其上转换激发与发射的机理。

钛宝石激光泵浦Er:Yb:Cr Kigre磷酸盐玻璃频率上转换研究

报道了以940～990nm可调谐钛宝石激光泵浦下Er：Yb：Cr混掺Kigre磷酸盐玻璃薄片中的红、绿频率上转换的实验结果并分析了双光子作用机制。频率上转换的激发光谱表明，在940～990nm的激光波长范围内均有可见荧光发射，而975nm为最佳泵浦波长。在不同的激励波长泵浦下，上转换荧光辐射强度与入射泵浦功率对数曲线的微分斜率从低泵浦的1．8减至高泵浦的0．6，并讨论了该饱和效应的机理。

在经典光学统计下频率上转换过程中相对平均光子数的演变

讨论了在用相干光和非相干光入射情况下，频率上转换过程中相对平均光子数随时间或空间的变化以及它们之间的差别。

激光频率上转换回波信号探测技术研究

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 d B。

非简并光学参量振荡器中量子态频率上转换

提出一种在光学参量振荡腔中的量子态频率上转换的方案.方案分析了信号传递系数和转换效率随不同泵浦参数的变化情况,并定性和定量地阐述了频率上转换过程的量子性质.研究表明,泵浦参数在阈值以上并接近阈值时,量子态的转换频率可达到最大值.

频率上转换三维立体显示模型与计算机模拟

综述了频率上转换三维立体显示技术的研究现状以及应用前景 ,分析了上转换显示发光的基本原理和实现上转换三维立体显示的基本操作 ,最后通过计算机对频率上转换三维立体显示过程作了模拟 ,并列举了应用上转换三维显示的空中交通管理模型 .

基于有机吡啶盐晶体的太赫兹频率上转换探测

利用激光泵浦国产有机吡啶盐4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(4-N,N-dimethylamino-4′-N′-methyl-stilbazolium tosylate,DAST)晶体,通过非线性频率上转换方法实现了室温运转的高灵敏、快响应、宽频段太赫兹探测.高效生成了近红外上转换光,采集到其脉冲包络和光谱,获得了ns量级的时间分辨率,并换算太赫兹波的频率,实现了对太赫兹信息的全面表征.与商用高莱探测器相比,上转换方法在19 THz频点的探测灵敏度高4个数量级;在可探测频率3.15—29.82 THz范围内,响应度普遍高2—3个数量级.结果表明:室温下的光泵频率上转换探测方法在时间分辨率和响应度方面远优于传统的热探测器,极大地提高了差频有源太赫兹系统的动态范围,使差频源在太赫兹波谱分析和成像等领域具有更大的应用潜力.

Er^(3+)∶YVO_4的频率上转换动力学分析

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。