用于拼接子镜相位误差检测的低相干光谱干涉系统分析

针对大口径望远镜拼接式主镜,提出一种基于迈克尔逊干涉原理的低相干光谱干涉检测系统。应用该系统对拼接子镜间相位失调误差进行实时检测,进而对失调子镜进行相应校正,以实现拼接子镜的共面排布。子镜间相位误差通过干涉图形间的不匹配性进行提取。给出了该低相干光谱干涉检测系统的具体结构,叙述了该干涉检测系统的检测原理。针对该系统的干涉条纹对比度V及系统的最低信噪比SNRdBmin进行了分析,论证了通过该低相干光谱干涉检测系统进行子镜间相位误差检测的可行性。

Λ-型三能级系统的瞬态相干光谱:自由感应衰减现象

采用半经典理论中布洛赫（Ｂｌｏｃｈ）方程方法研究相干脉冲与Λ－型量子拍频三能级系统相互作用产生的自由感应衰减现象，讨论系统的弛豫对自由感应衰减信号场的影响。

基于旋转相干光谱的整形飞秒激光转动动力学调控

我们实验上发展了基于飞秒激光旋转相干光谱的整形飞秒激光转动动力学调控方法,通过脉冲整形技术调控激发脉冲的光谱相位,从而实现对飞秒激光作用下转动态相干激发过程中复原信号及转动布居数的调控.研究了飞秒激光旋转相干光谱对激光频谱相位的响应机制,突出了飞秒激光频谱相位在气相分子转动态相干激发中的重要作用.为飞秒激光作用下生物大分子和团簇鉴别及结构探测研究提供了新的参考.

强关联电子体系二维相干光谱的理论研究评述

非线性相干光谱是一种测量材料非线性光学响应的谱学手段.相比线性光谱,非线性相干光谱具有多个时间变量,能够提供材料的更多信息.作为非线性相干光谱的代表之一,二维相干光谱在众多领域取得了丰硕的成果.在化学、生物学等领域,二维相干光谱已经展现出相比线性谱学的优越性.随着太赫兹技术的发展,二维相干光谱在强关联体系也显现出巨大潜力,相关的理论与实验工作正在开展.本文简要概括了强关联体系二维相干光谱的发展现状,介绍了二维相干光谱的基本概念与理论工具,分析了二维相干光谱的主要特点,并重点总结了我们研究组近几年关于强关联体系二维相干光谱的理论研究工作.

层状高温超导体中约瑟夫森等离子体模式太赫兹二维相干光谱的理论研究

研究了层状高温超导体中约瑟夫森等离子体模式对电场的非线性响应及对应的太赫兹二维相干光谱。从半经典有效模型出发,推导出了约瑟夫森相位的运动方程。通过求解这一运动方程,发现太赫兹二维相干光谱中存在“泵浦-探测”信号、回波信号、失相信号和双量子相干信号。进一步将这些信号与刘维尔路径联系起来,说明体系的具体激发过程,并借此说明这些信号的潜在应用。

飞秒相干光场激发固体样品的线性与上转换荧光光谱研究

用可变延时的双光束激光激发固态样品 ,同时测量样品的线性荧光和上转换荧光强度 .理论上用Bloch方程描述了激发态吸收上转换过程 ,通过数量方法解Bloch方程 ,得到了与激发态吸收过程相关的各能级粒子数布居随时间的变化关系 ,计算出荧光强度 ,得到有一定延时的两束光的相干光谱 ,相干光谱的计算结果和实验结果一致 .

时间分辨飞秒相干光谱技术的发展与展望

本文概述超短脉冲激光相干光谱技术的基本原理及发展分析了与这些技术相关的理论 ,同时指出了以往相干光谱技术中存在的问题。针对本课题组 fs或亚氏 fs相干光谱实验技术中存在的主要问题提出了具体的改进思路 :减少延时线的误差 ,提高泵浦和探测光斑在样品上的重合度 ;对探测光进行调制 ;获取 fs脉冲激光与物质相互作用的振幅、相位和波矢的信息 ;

基于不同宽带非相干光源的甲烷浓度测量研究

目的:研究非相干宽带腔增强吸收光谱(IBBCEAS)技术中所应用的不同类型宽带光源的性能差异对系统输出信号的影响。方法:搭建了直径2.54 cm,长30 cm的气池,通入体积分数为99.99%的甲烷气体,分别采用非相干宽带卤素光源和超连续谱光源入射气池,通过光纤准直器耦合出射光进入近红外多模光纤,光纤接入近红外光谱仪测量吸收光谱。结果:两种光源的光学密度谱线对比显示超连续谱光源的光学噪声远大于卤素光源,其主要原因为超连续谱光源内部温度控制欠稳定导致输出功率在频域上出现较大波动造成的基线偏移。结论:相较于卤素光源,超连续谱光源具有光功率高,空间相干性好等诸多优点,但由于温度控制原因所导致的光功率输出不够稳定,导致该光源在IBBCEAS系统中的应用受到一定限制。

部分相干修正贝塞尔高斯光束通过光阑透镜的光谱特性

基于部分相干光的传输理论,研究了部分相干修正贝塞尔高斯光束(MBGB)通过光阑透镜系统后,轴上光谱位移及光谱开关.数值计算结果表明,光谱开关主要与截断参量、光束菲涅耳数以及光谱相干度有关.光谱开关的个数随着光束菲涅耳数以及截断参量的增大将增多,而随光谱相干度的增大而减少.但当截断参量增大到一定值时,光谱开关将消失.例如,当光谱相干度取0.5时,截断参量大于2.2,光谱开关将消失,仅表现出蓝移.

利用光子相干光谱法和拉曼光谱研究RyR1调控剂对通道蛋白作用

光子相干光谱法(PCS)和拉曼光谱法手段相结合,可以在接近自然状态下获取有关蛋白相互作用和蛋白结构变化的信息。Ryanodine受体的活性可以被众多调控剂调控,

部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间中的光谱和时间特性

对部分空间和部分光谱相干2维高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输的光谱和时间特性做了详细的数值研究。结果表明,部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输中发生了光谱移动,光谱移动与场点位置、空间相关长度和时间相干长度有关。在轴上,光谱出现蓝移,相对光谱移动随传输距离的增加而增大,随空间相关长度和时间相干长度的增加而减小,并逐渐趋于一定值。在轴外,光谱出现蓝移和红移,并与空间相关长度和时间相干长度有关。脉冲时间波形不变,对所得主要结果做了物理解释。

基于小波分析的光谱相干电场法误差分析

为了更精确地评价超短脉冲的特性,利用小波变换的时间频率联合分析和多尺度分析特性,将小波变换应用于光谱位相相干电场重构法(SPIDER),对给定脉冲进行了数值模拟,讨论了小波函数的形状因子对还原误差的影响,确定了形状因子的选取原则,采用与傅里叶变换互校的方法找到合适的形状因子以减小形状因子对还原结果的影响。对KLM钛宝石激光器输出的脉冲采用SPIDER法进行了测量,并与傅里叶变换结果进行了比较,证明了方法的准确性和可行性。

超快激光Raman诱导分子基态转动相干及其光谱的精细结构

利用量子力学Liouville方程处理了在pump-probe偏振光谱实验中分子基态转动相干及其光谱的精细结构.得出了任意强度和线型的超快pump脉冲对分子基态产生的核相干运动;利用一般线性响应理论处理了probe脉冲探测过程;在经典限下得出了分子转动相干光谱的精细结构,并讨论了精细结构与分子转动温度以及转动态上粒子数分布的关系.

相干反斯托克斯拉曼及相干反斯托克斯超拉曼光谱微观极化率张量元的简化方案-C_(∞v)对称性

相干反斯托克斯拉曼光谱(CARS)和四阶相干反斯托克斯超拉曼光谱(CAHRS)广泛应用于分子界面和生物膜表面的研究。然而,高阶非线性光学过程中分子微观极化率张量元数量众多,关系复杂,使研究者对CARS和CAHRS很难进行定量分析。采取以下方案对属于C_(∞v)对称性的分子基团的CARS和CAHRS的微观极化率张量元进行简化。首先将CARS微观极化率张量元β_(i′j′k′l′)表示成拉曼微观极化率张量元微分α′_(i′j′)的乘积,CAHRS微观极化率张量元β_(i′j′k′l′m′)表示成超拉曼微观极化率张量元微分β′_(i′j′k′)和拉曼微观极化率张量元微分α′_(i′j′)的乘积,再利用α′_(i′j′)之间的比值及β′_(i′j′k′)之间的比值得到β_(i′j′k′l′)和β_(i′j′k′l′m′)之间的比值。使用这些CARS和CAHRS微观极化率张量元之间的关系,能够得到CARS和CAHRS光谱的广义取向泛函及其广义取向参数,进而对界面分子取向信息进行定量分析。

非相干宽带腔增强吸收光谱技术应用于实际大气亚硝酸的测量

介绍了基于紫外发光二极管光源的非相干宽带腔增强吸收光谱技术,并用于实际大气亚硝酸(HONO)和二氧化氮(NO_2)的同时测量.分析了腔内气体的瑞利散射对测量的影响,测试了紫外发光二极管光源的稳定性,使用氦气和氮气的瑞利散射差异性标定了镜片反射率随波长的变化曲线,在HONO吸收峰(368.2 nm)处镜片反射率约为0.99965.应用Allan方差统计方法确定出测量光谱最佳采集时间为320 s,对应的HONO和NO_2的探测限(1σ)分别为0.22 ppb和0.45 ppb.使用非相干宽带腔增强吸收光谱测量装置对大气HONO和NO_2进行了连续三日的实际观测,将测量得到的HONO浓度变化与差分吸收光谱测量装置的测量结果进行对比,线性相关系数R^2为0.917.

二溴甲烷相干反斯托克斯拉曼光谱的选择激发增强研究

采用基于遗传算法(Genetic algorithm)的自适应反馈系统,成功实现了二溴甲烷多个拉曼振动模式的选择激发.通过脉冲分析方法(二次谐波频率分辨光谱开关和二次谐波交叉频率分辨光谱开关)(SHG-FROG和SHG-XFROG),在时域和频域上对优化脉冲进行还原和分析,结果表明:空间光学调制器(SLM)将优化脉冲调制成具有负啾啁特性的脉冲串。该选择激发实验的成功实现验证了相干控制自适应系统在研究复杂分子系统方面具有良好的应用前景。

光谱位相相干电场法的参数分析及测量

从光谱位相相干电场重构法(SPIDER)的原理出发,实现了算法、讨论时间延迟、光谱剪切量、滤波窗口宽度、色散量等几个方面的优化选取。当展宽器色散和脉冲宽度一定时,脉冲对的时间延迟存在一个最佳取值范围。相对光谱剪切量在5%～15%间,滤波窗口宽度为/3,重构出的位相误差最小。对干涉图取平均来减小噪声的影响。用SPIDER算法还原了脉冲的电场和位相信息,由SPIDER测量的脉冲宽度为17.7fs。同时为了比较,用自相关法测量了同一脉冲,由自相关曲线可估算出脉冲宽度为16.8fs,与SPIDER的误差比为5.1%,说明了实验的有效性。

非相干宽带腔增强吸收光谱技术应用于大气中HONO和NO2的实时探测

介绍了基于紫外LED光源的非相干宽带腔增强吸收光谱装置,并将其应用于实际大气中的HONO和NO2浓度的探测。中心波长为365nm的UV-LED出射光被耦合到~1.76m长,由两片高反射率镜片组成的光学谐振腔内,透过腔的光由便携式CCD光谱仪接收。高反射率镜片的反射率由NO2和O2-O2的吸收谱来校正,在353~376nm的测量范围内,最高反射率为0.999 17。在120s的采集时间内,HONO和NO2的探测极限（1σ）分别为0.6和1.8ppbv。将该装置测量的连续56h大气中NO2浓度的变化与配备蓝光转换器的NOx分析仪测量的结果进行比较,线性相关系数R2=0.89,斜率为1.09,截距为3.45。基于该装置探测了实验室大气中的HONO和NO2昼夜浓度变化,24h内的HONO浓度在0~5.3ppbv之间波动,平均浓度为1.8ppbv,NO2浓度变化范围为5~51ppbv,平均浓度为21.9ppbv。

相干反斯托克斯拉曼光谱的实验构型分析

通过相干光学的能量守恒和动量守恒理论,研究分析了相干反斯托克斯拉曼光谱和相干反斯托克斯超拉曼光谱信号出射角随两个入射光频率及角度的变化规律,并通过LabVIEW软件对规律进行了模拟。结果表明,共向式实验构型时,允许的入射光角度过大或过小不利于实验搭建,且出射信号角度变化范围太大不利于收集;而对射式的实验构型时,允许的入射光角度合适利于实验搭建,且便于采集出射信号。研究方法已在二阶非线性光谱学的实验中得到很好的运用,结果对于三、四阶非线性光谱学的实验构型选择具有指导性的意义。

基于O2-O2吸收的非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法研究

针对传统非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法的定量结果易受镜片反射率标定误差的影响问题,提出了一种基于测量大气O2-O2吸收的浓度反演方法.该方法是将非相干宽带腔增强吸收光谱技术的光学增强腔等效成吸收光程不随波长变化的多次反射池,首先根据测得的宽带腔增强大气吸收谱和参考谱计算出光学厚度,并应用差分光学吸收光谱算法拟合修正后的气体吸收截面到光学厚度,反演得到大气中O2-O2以及被测气体的柱浓度,然后根据O2-O2在大气中的含量已知且相对稳定这一特性,确定出等效多次反射池的吸收光程,最后从被测气体的柱浓度中扣除吸收光程信息得到被测气体的浓度值.以监测大气中NO2实验为例,应用该方法在454—487 nm波段反演得到了大气NO2的浓度(1—30 ppbv范围内),并将反演结果与传统浓度反演方法的结果进行了对比,发现两者的不一致性在7%以内.实验结果表明,非相干宽带腔增强吸收光谱技术可以利用大气O2-O2的吸收来定量其他被测气体的浓度,而且定量结果对镜片反射率的标定误差不敏感.