连续波与脉冲激光器在三重态-三重态湮灭上转换中的应用(特邀)

三重态-三重态湮灭上转换是一种新型光子上转换技术,具有使用连续波光源激发、上转换波长灵活可调和上转换量子效率高等优点。在该上转换过程中,三重态光敏剂吸收激发光、发生系间窜越并作为三重态能量给体,通过三重态能量转移过程,敏化能量受体,处于三重态的受体分子发生三重态–三重态湮灭,产生能发生高效荧光过程的单重激发态(即上转换发光),从而将低能量的光子转换为高能量的光子,这为提高太阳能电池的光电转换效率或光催化的效率等,提供了一种新的途径。实验中需要选用合适的激光器激发上转换体系产生上转换发光,并研究其具体光物理过程。如选用连续波二极管泵浦固体激光器(DPSSL)作为光源,激发光敏剂/受体体系进行上转换实验,可方便地研究激光功率密度对上转换发光效率的影响。此外,为了研究上转换发光的动力学过程,使用光学参量振荡器(OPO)可调谐纳秒脉冲激光器激发上转换体系,可以研究光敏剂的三重态寿命、分子间能量转移以及三重态–三重态湮灭等过程的动力学特征。文中介绍了在三重态–三重态湮灭上转换实验中连续波和脉冲激光器的使用方法。

基于光电缆的分布式温度传感网络的实验研究

本文提出增加一根光纤光栅与光电缆绕制在一起,用于监测电缆中的实时温度。采用有限元分析方法,建立了光电缆温度场模型。使用可调谐脉冲激光为光源,在一根光纤上刻制多个相同中心波长的布拉格光栅,即采用全同光栅作为系统的温度传感器,当光电缆线路中温度发生异常时,反射回来的光栅中心波长发生偏移,通过检测反射光中心波长发生的偏移量可以确定光栅温度变化的大小。不同位置的光栅返回光信号所需的时间不同,通过检测和计算光返回的不同时间,可以计算出发生温度变化的光栅位置。实验结果表明,光栅的温度敏感性可以达到11.4pm/℃,光栅的测量温度与实际温度的误差在3%范围内。

基于可调谐脉冲激发的血糖浓度光声无损检测研究

利用光声技术对血糖浓度无损检测进行了初探，搭建了一套可调谐脉冲激光器激发、聚焦超声探测的光声无损血糖检测系统，采用前向探测模式、前置预放大、GPIB—USB总线传输和LabVIEW软件开发平台，实现了葡萄糖水溶液的光声信号实时采集。实验得到了质量浓度为0～300mg／dL的葡萄糖水溶液的实时光声信号，并在1300～2300nm近红外波段内对不同浓度的葡萄糖溶液进行波长间隔10nm的连续扫描激发，得到不同浓度在不同激发波长下的光声峰峰值。利用差分和一阶导数谱方式得到葡萄糖特征吸收波长，对优选的多个特征波长利用最小二乘拟合算法建立了浓度和光声峰峰值数学校正模型，并对多个特征波长下建立的校正模型进行浓度反演对比，以预测均方根误差最小为标准，筛选出两个浓度预测结果相对较好的特征波长。

基于光声光谱联合主成分回归法的血糖浓度无损检测研究

利用可调谐脉冲激光器激发联合聚焦超声探测器前向探测模式搭建了一套血糖光声无损检测实验装置。为了测试该装置的可靠性,实验中利用532nm泵浦Nd∶YAG调Q脉冲激光器激发不同浓度的葡萄糖水溶液产生实时光声信号;采用脉冲激光在近红外波段1 300~2 300nm内固定间隔波长10nm扫描方式激发不同浓度的葡萄糖水溶液,获取了不同波长下的葡萄糖光声峰峰值,利用差谱方法筛选出了多个葡萄糖的特性波长;然后采用主成分回归算法优选了三个特性波长,并建立了浓度梯度与对应三个优选波长光声峰峰值之间的数学校正模型。实验表明,葡萄糖水溶液的光声信号符合弱吸收介质的柱状光声源模型;利用建立的校正模型对校正集和预测集的葡萄糖浓度预测结果表明,葡萄糖浓度的校正和预测均方根误差均小于10mg·dl^(-1),相似系数为0.993 6。

光电缆的分布式温度传感网络

提出增加一根光纤光栅与光电缆绕制在一起,用于监测电缆中的实时温度。采用有限元分析方法,建立了光电缆温度场模型。使用可调谐脉冲激光作为系统光源,在一条光纤上刻制多个相同中心波长的布拉格光栅,即采用全同光栅作为系统的温度传感器,当光电缆线路中温度发生异常时,反射回来的光栅中心波长发生偏移,通过检测反射光中心波长发生的偏移量可以确定光栅温度变化的大小。不同位置的光栅返回光信号所需的时间不同,通过检测和计算光返回的不同时间,可以计算出发生温度变化的光栅位置。实验结果表明,光栅的温度敏感性可以达到11.4 pm/℃,光栅的测量温度与实际温度的误差在3%范围内。

用于产生红外脉冲的碲烯纳米片的化学气相输运生长

碲烯具有宽带吸收、高迁移率和独特的拓扑性质,在红外光学应用领域被寄予厚望。本团队利用化学气相输运方法制备了高结晶性碲烯纳米片;结合精准的端面转移技术,获得了利于光纤集成的可饱和吸收体;基于碲烯的非线性饱和吸收特性,在1.55μm波段实现了稳定的被动调Q脉冲输出,中心波长约为1558 nm,脉冲宽度约为1.44μs,重复频率在87~133 kHz范围内可调。本研究结果拓展了新型碲烯纳米材料的应用场景,为可调谐脉冲激光提供了解决方案。