Frequency-modulated continuous-wave multiplexed gas sensingbased on optical frequency comb calibration

Laser absorption spectroscopy has proven to be an effective approach for gas sensing, which plays an important rolein the fields of military, industry, medicine and basic research. This paper presents a multiplexed gas sensing system basedon optical frequency comb (OFC) calibrated frequency-modulated continuous-wave (FMCW) tuning nonlinearity. Thesystem can be used for multi-parameter synchronous measurement of gas absorption spectrum and multiplexed opticalpath. Multi-channel parallel detection is realized by combining wavelength division multiplexing (WDM) and frequencydivision multiplexing (FDM) techniques. By introducing nonlinear optical crystals, broadband spectrum detection is simultaneouslyachieved over a bandwidth of hundreds of nanometers. An OFC with ultra-high frequency stability is used asthe frequency calibration source, which guarantees the measurement accuracy. The test samples involve H13C14N, C_(2)H_(2)and Rb vapor cells of varying densities and 5 parallel measurement experiments are designed. The results show that themeasurement accuracies of spectral absorption line and the optical path are 150 MHz and 20 m, respectively. The schemeoffers the advantages of multiplexed, multi-parameter, wide spectrum and high resolution detection, which can realize theidentification of multi-gas components and the high-precision inversion of absorption lines under different environments.The proposed sensor demonstrates great potential in the field of high-resolution absorption spectrum measurement for gassensing applications.

Optical frequency comb technology: from ground to space

Optical frequency combs,as powerful tools for precision spectroscopy and research into optical frequency standards,have driven continuous progress and significant breakthroughs in applications such as time-frequency transfer,measurement of fundamental physical constants,and high-precision ranging,achieving a series of milestone results in ground-based environments.With the continuous maturation and evolution of femtosecond lasers and related technologies,optical frequency combs are moving from ground-based applications to astronomical and space-based applications,playing an increasingly important role in atomic clocks,exoplanet observations,gravitational wave measurements,and other areas.This paper,focusing on astronomical and space-based applications,reviews research progress on astronomical frequency combs,optical clock time-frequency networks,gravitational waves,dark matter measurement,dual-comb large-scale absolute ranging,and high-resolution atmospheric spectroscopy.With enhanced performance and their gradual application in the field of space-based research,optical frequency combs will undoubtedly provide more powerful support for astronomical science and cosmic exploration in the future.

Phase-coherence dynamics of frequency-comb emission via high-order harmonic generation in few-cycle pulse trains

Frequency-comb emission via high-order harmonic generation(HHG)provides an alternative method for the coherent vacuum ultraviolet(VUV)and extreme ultraviolet(XUV)radiation at ultrahigh repetition rates.In particular,the temporal and spectral features of the HHG were shown to carry profound insight into frequency-comb emission dynamics.Here we present an ab initio investigation of the temporal and spectral coherence of the frequency comb emitted in HHG of He atom driven by few-cycle pulse trains.We find that the emission of frequency combs features a destructive and constructive coherences caused by the phase interference of HHG,leading to suppression and enhancement of frequency-comb emission.The results reveal intriguing and substantially different nonlinear optical response behaviors for frequency-comb emission via HHG.The dynamical origin of frequency-comb emission is clarified by analyzing the phase coherence in HHG processes in detail.Our results provide fresh insight into the experimental realization of selective enhancement of frequency comb in the VUV–XUV regimes.

Comb-Based Filter Design Using Sharpening Technique and Certain Palindromic Polynomial

This paper presents a novel approach to improve aliasing rejection in comb-based decimation filters. The method is established on certain palindromic polynomials with all zeros on the unit circle and the sharpening technique. As a result, aliasing rejection and the passband characteristic are improved. The method is illustrated with various examples and compared with the methods from the literature. .

棉纺精梳机锡林不同梳理区梳理效果分析

为了研究棉纺精梳机锡林不同梳理区的精梳落棉率、棉结及纤维排除率的变化规律,使用5分区的整体锡林,并分别采用5个、4个、3个、2个、1个梳理区进行精梳试验,得到了5种不同试验方案的精梳落棉率、落棉中的棉结含量及纤维长度分布,并利用导出的公式计算得出锡林不同梳理区的落棉率、棉结排除率及不同长度纤维排除率的变化规律。结果表明:整体锡林的5个不同梳理区的落棉率、棉结排除率及不同长度纤维排除率的变化规律基本相同,即梳理区排序从大到小依次为第2梳理区、第3梳理区、第1梳理区、第4梳理区、第5梳理区。在锡林的同一梳理区内,当纤维长度小于钳板钳口外纤维丛长度时,纤维长度越短时排除率越高;当纤维长度大于钳板钳口外纤维丛长度时,随着纤维长度的增大纤维排除率有减小的趋势,并具一定的波动性。梳理隔距和锡林针齿深度是影响梳理效果的重要参数。

无轴泵喷叶片流激共振产生机理及其抑制

针对无轴泵喷异常高频梳状线谱噪声,本文研究了梳状线谱的产生原因及其噪声抑制特点。基于推进器实测噪声谱、振动谱梳状特征,初步定位梳状线谱与泵喷叶轮密切相关;进一步采用单向流固耦合分析方法,验证了无轴泵喷高频线谱来源于流激引起的叶轮面内2弯模态共振,并提出了一种在叶轮过流通道增设环筋以提高叶片支撑刚度的方案。流固耦合仿真及实测结果表明:带有环筋加强的泵喷叶轮对流激振动与噪声有明显抑制作用,梳状线谱噪声降幅达25.2~30.2 dB,且未向其他频段转移。

太阳系外行星探测技术概述

自20世纪90年代首次发现太阳系外行星(以下简称系外行星)以来,系外行星探测技术取得了飞速发展。目前已探测到超过5500颗系外行星,其中包括类地行星、超级地球、气态巨行星及冰巨行星等多种类型。这些发现极大地拓展了人类对自身周围环境和宇宙的认知,为理解行星形成和演化提供了宝贵的观测依据,也为寻找宜居行星和地外生命提供了重要线索。通过介绍系外行星探测的多种核心技术,包括原理和应用特点,旨在对比和分析不同探测方法的技术特征。通过分析多种探测技术的优势和局限性,为行星探测研究提供了实践参考和发展趋势展望。

提高微腔孤子光频梳泵浦能量转换效率技术研究进展

分析了孤子微梳泵浦能量转换效率低的原因,介绍了目前已提出的几种提高孤子微梳泵浦光能量转换效率的技术方案,包括激发孤子晶体光梳利用多孤子结构、正常-反常色散双腔耦合泵浦光循环存储结构、微腔-光纤/波导环泵浦光反馈耦合干涉结构、主-副微环腔耦合超模谐振峰劈裂结构等,并分析了这些方案的优缺点。在此基础上,给出了本课题组对反馈耦合腔的优化设计,仿真模拟结果显示,单孤子微梳的泵浦光转换效率可超过25%。最后,对孤子微梳的低能耗产生方案作出总结和展望,为微腔孤子光频梳泵浦能量转换效率提高技术的发展与应用提供理论参考。

梳状高度计编队探测海洋涡旋仿真分析

单颗星下点高度计卫星可进行一维海面高度测量,但时空分辨率较低,对涡旋的探测能力不足。梳状高度计卫星编队可提升海面高度时空分辨率,增强对涡旋的识别探测能力。为定量分析高度计编队下的涡旋探测能力,本文在黑潮延伸体海域开展观测仿真实验,对海平面高度进行沿轨采样,经优化插值算法处理后得到逐天海面高度异常数据场并进行涡旋识别与统计分析。此外,本文还同步开展了单颗星下点高度计和成像高度计卫星涡旋探测仿真实验及对比分析。结果表明,梳状高度计卫星编队在涡旋数量、极性、半径及振幅等方面识别效果较好,与成像高度计探测结果相近。

基于锁模光学频率梳的高速数据传输

大数据时代网络数据流量的爆炸式增长给通信系统的容量和数据传输速率带来极大的挑战.本文基于锁模光学频率梳的宽光谱范围和高相位相干性提出了一种高频正交幅度调制信号生成方法,通过电光调制器对光学频率梳进行幅度相位整形并下变频至射频域,生成携带编码信息的高速、高阶、低相位噪声的调制信号,再结合锁模光学频率梳窄线宽、多波长的特性,仅使用单个激光器即可实现基于波分复用技术的大规模并行高速通信.仿真验证了该方案的可行性,随后在100 m的自由空间光链路中使用光子微波信号进行16元正交幅度调制通信实验,实现了误码率低于10^(–6)的14 Gbit/s数据传输.

梳刷式枸杞采摘机的设计与理论分析

为了实现枸杞机械化采收,提高枸杞采摘的采净率、降低损伤率,提出一种柔性梳刷齿的梳刷式采摘机,该装置通过梳刷齿的冲击作用使得枸杞熟果脱落,完成采摘工作。通过对枸杞自然特征和物理参数测量分析,设置了梳刷器的各项参数,利用Solidworks软件搭建了样机模型,并选择了合适的材料制造了样机;通过静力学分析和赫兹碰撞理论推导出了梳刷齿速度与冲击力之间的关系式;使用Adams软件对梳刷过程进行了动力学分析,当滚筒转速为57 rpm时,枸杞果实的受力峰值为0.83 N,理论上满足了采摘的需求;在青海诺木洪农场对当地宁杞1号进行采摘实验,结果表明:采净率为96.84%,损伤率为8.76%,满足枸杞采收的工作要求。

光频梳下变频信号光纤延时频率恢复方法

针对光频梳下变频信号接收过程中存在的频率信息丢失问题,提出了一种基于频率-相位映射的信号频率恢复方法,该方法使用可调光纤延迟线在两路光频梳变频链路之间产生一组固定已知的时延,时延在信号原始频率与下变频信号相位差之间建立映射关系,利用该映射关系可以从测得的相位差计算出信号的原始频率。分析了时延值等参数对频率恢复的影响,估计了该方法对相位测量不确定度的限值要求,最后给出了该方法具体实施方案中关键参数的设置策略。所有下变频信号的相位差可以通过快速傅里叶变换等数据处理一次性得出,因此该方法的时间代价和计算成本几乎不随着信号个数增加而增加。在不考虑下变频信号混叠的情况下,本文所提出的方法在理论上对处理信号的数量没有限制,因此相比于已有的光频梳下变频信号频率恢复方法,在多信号频率恢复方面更具有优势。

基于Si_(3)N_(4)微环混沌光频梳的Tbit/s并行实时物理随机数方案

本文结合片上Si_(3)N_(4)超高Q微环的混沌光频梳和高速现场可编程门阵列,提出并实验验证了一种超高速的并行实时物理随机数方案.结果表明,Si_(3)N_(4)超高Q微环实验得到的光频梳齿包含数百个信道,通过调节Si_(3)N_(4)微环的工作状态使其处于光学混沌态,从而成为性能优良的物理熵源.采用现场可编程门阵列(FPGA)板载的多位模数转换器,对滤波后频梳的光混沌信号进行离散采样量化,生成8位二进制比特流.对该比特流进行实时的自延迟异或处理,并保留4位最低有效位,实验最终实现了单信道实时速率达5 Gbits/s的合格物理随机比特流.结合实验中数目达294的混沌光频梳齿,本方案的并行实时随机数的吞吐量可望达到1.74 Tbits/s.这些结果可为实时物理随机数源提供集成、超高速的新可选方案.

齿梳式油茶花药采集器关键部件设计与试验

【目的】针对油茶花粉人工采集难度大、耗时费工、尚未实现机械化等问题,为实现油茶花粉的机械化采收,提出一种通过采集油茶花药来收集花药裂开后释放全部花粉的研究思路,设计一种油茶花药采集装置,并对其工作过程及关键部件参数进行设计与分析。【方法】基于油茶采粉与授粉农艺性状和力学特性的分析,设计一种齿梳式油茶花药采集器,并对油茶花药与齿梳分离机构相互作用过程进行力学分析,确定影响花药采摘性能的主要因素。以花药采净率、花朵损伤率为评价指标,采用单因素试验法,确定齿梳间隙、齿梳安装角度、齿梳辊转速的取值范围;并以齿梳间隙、齿梳安装角度、齿梳辊转速为试验因素,开展三因素三水平正交试验;以花药采净率、花朵损伤率为考核指标,运用Design-expert软件对试验因素进行参数优化,获得了各因素的最优参数组合。根据优化后的工作参数,进行油茶花药采摘性能试验,以采摘一朵油茶花花药的时间作为评价指标,测定齿梳式油茶花药采集器的采集效率。【结果】各因素对花药采净率影响的主次排序是齿梳辊转速、齿梳安装角度、齿梳间隙;对花朵损伤率影响的主次排序是齿梳辊转速、齿梳安装角度、齿梳间隙。综合分析选取较优参数组合为:齿梳间隙为0.59 mm,齿梳安装角度为58°,齿梳辊转速为322.23 r/min;该花药采集器采净率为97.02%,花朵损伤率为8.33%。采摘性能试验表明,齿梳式油茶花药采集器平均采集效率约为3.88 s/朵。【结论】提出的齿梳机构采摘花药的方法可行,研制的齿梳式油茶花药采集器运行稳定,满足油茶生产农艺要求,可为油茶机械化采粉技术与装备研究提供参考。

基于异步光学采样的电光频率梳时间抖动测量

电光频率梳是一种单频激光器经相位调制构造的光学频率梳,具有重复频率高、灵活可调等特点,通过精确的色散控制,电光频率梳在时域上可以输出超短脉冲激光序列,其时间抖动特性对于开展精密测量等应用十分重要.本文提出一种基于双光梳异步光学采样原理测量电光频率梳时间抖动的方案.建立了时间抖动测量的理论模型并进行数值模拟.搭建了一台重复频率为10 GHz、脉冲宽度为2.6 ps的电光频率梳,并开展了时间抖动的测量实验.测量的直方图分析表明,电光频率梳的周期抖动为3.86 fs.测量装置主体为光纤结构,且不需要高速光电探测器,有望对电光频率梳、微环频率梳等新型高重频光学频率梳时间抖动的测量与优化起到关键作用.

一种抗高温梳型两性离子聚合物降黏剂

针对深井超深井钻井中高密度水基钻井液黏度高、易高温增稠等流变性调控难题,以对苯乙烯磺酸钠盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-烯丙基-2-甲基氯化铵、烯丙基聚氧乙烯醚为单体,合成了一种抗高温梳型两性离子聚合物降黏剂ZT-1。采用红外光谱表征了降黏剂的分子结构,验证梳型两性离子聚合物合成的成功,采用热重分析表征了降黏剂的热稳定性,其分解温度达250℃。ZT-1具有良好的抗高温耐盐钙降黏分散性能,抗温240℃,可抗饱和盐,抗2%氯化钙;ZT-1加量为0.3%时,老化温度为200℃,在评价浆中的降黏率可达77.7%,在高密度(2.4 g/cm^(3))水基钻井液体系中表观黏度的降低率达33%,塑性黏度的降低率达14%,动切力降低率达67%。ZT-1性能优于阴离子降黏剂磺化丹宁以及常规线性两性离子聚合物降黏剂XY-27和ADS共聚物,这种梳型两性离子聚合物降黏剂在超高温超高密度钻井液中具有良好的应用前景。

金属离子对黑翅土白蚁消化代谢的影响

【目的】探究金属离子对黑翅土白蚁Odontotermes formosanus消化代谢过程的影响,挖掘黑翅土白蚁对含有金属离子的厨余垃圾和农林废弃物进行资源化处理的潜在价值。【方法】根据浓度梯度法,将含有不同质量分数Al^(3+)、Ca^(2+)、Fe^(3+)和Mg^(2+)的饵料供给黑翅土白蚁,确定黑翅土白蚁对饵料中金属离子的最大可取食质量分数。采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定黑翅土白蚁虫体内及其新建菌圃内的对应金属元素质量分数,明确饵料中Al^(3+)、Ca^(2+)、Fe^(3+)和Mg^(2+)对虫体内及新建菌圃内对应金属元素质量分数的影响。采用试剂盒法测定黑翅土白蚁虫体内及其新建菌圃内漆酶和纤维素酶的活性,确定饵料中Al^(3+)、Ca^(2+)、Fe^(3+)和Mg^(2+)对上述酶活性的影响。【结果】黑翅土白蚁对饵料中Al^(3+)、Ca^(2+)和Fe^(3+)的最大可取食质量分数均为1.00 g·kg^(-1),对饵料中Mg^(2+)的最大可取食质量分数为10.00 g·kg^(-1)。黑翅土白蚁取食含有10.00 g·kg^(-1) Mg^(2+)的饵料后,其虫体内和菌圃内都发生了Mg的富集;取食含有1.00 g·kg^(-1) Fe^(3+)的饵料后,Fe仅在菌圃内富集。取食含有1.00 g·kg^(-1) Al^(3+)的饵料,会显著提高黑翅土白蚁虫体内的漆酶活性(P<0.05);取食含有1.00 g·kg^(-1) Ca^(2+)的饵料,会显著提高黑翅土白蚁虫体内的漆酶活性(P<0.05),但会显著降低纤维素酶活性(P<0.05);取食含有1.00 g·kg^(-1) Fe^(3+)的饵料,会显著提高黑翅土白蚁虫体内的漆酶活性和菌圃中的纤维素酶活性(P<0.05),但会显著降低菌圃中的漆酶活性和黑翅土白蚁虫体内的纤维素酶活性(P<0.05);取食含有10.00 g·kg^(-1) Mg^(2+)的饵料,会显著提高黑翅土白蚁虫体内的纤维素酶活性和菌圃中的漆酶活性(P<0.05),但会显著降低菌圃中的纤维素酶活性(P<0.05)。【结论】黑翅土白蚁可取食分别含有1.00 g·kg^(-1) Al^(3+)、Ca^(2+)和Fe^(3+)的饵料和含有10.00 g·kg^(-1) Mg^(2+)的饵料,1.00 g·kg^(-1) Al^(3+)可以提高黑翅土白蚁和菌圃微生物对木质素的联合降解能力。黑翅土白蚁具有资源化处理厨余垃圾和农林废弃物的应用潜力。

国内外蜂蜜质量标准对比研究

我国的蜂群数量、蜂蜜产量、消耗量和出口量均居世界前列,但产业水平和经济效益与发达国家相比仍存在一定的差距。本文以蜂蜜进出口贸易为切入点,对比分析了我国与主要贸易国制定的蜂蜜质量标准,找出国内外蜂蜜质量评价中指标差异。针对现状,结合我国的蜂蜜质量问题,提出健全蜂蜜质量标准的合理建议,规范国内蜂蜜市场秩序,为提高我国蜂蜜国际竞争力提供技术支撑。

基于光注入电流调制弱谐振腔法布里珀罗激光器获取光学频率梳

提出了一种基于电流调制弱谐振腔法布里珀罗激光器在外部光注入下产生光学频率梳的方案,实验研究了关键参量对所产生的光学频率梳性能的影响。在该方案中,首先采用频率为1.6 GHz(激光器弛豫振荡频率)、功率为19 dBm的正弦信号直接电流调制弱谐振腔法布里珀罗激光器,使其进入增益开关状态;进一步引入单光注入以及双光注入以获取高性能光学频率梳。实验研究结果表明:采用单光注入时,在合适的注入光功率条件下,连续变化注入光波长可使产生的光学频率梳的中心波长在1525~1560 nm内实现连续调谐。光学频率梳的梳线数目呈现周期性变化,变化周期为激光器的纵模间距0.28 nm(35 GHz);在给定注入光波长条件下,逐渐增加注入光功率,光学频率梳的梳线数目先在一个较高水平附近振荡,然后急剧下降,最后趋于平缓,而光学频率梳的载噪比呈现先增加后饱和的趋势;在优化单光注入参数条件下,获得了梳线功率在10 dB变化范围内包含49根梳线的光学频率梳。引入额外的注入光构建双光注入,在优化的参数条件下,获得了梳线功率在10 dB变化范围内包含92根梳线的光学频率梳。最后,对单光注入和双光注入以及不同注入波长间距的双光注入所产生的光学频率梳各梳齿之间的相干性进行了分析,发现各种光注入方式下所产生的光学频率梳各梳齿之间均具有强的相干性,其拍频信号中基频的单边带相位噪声均处于−125.0 dBc/Hz@10 kHz左右的水平。

精梳工艺对混色纱纤维径向混和效果的影响

为探讨精梳工艺对涤粘混色纱纤维径向混和效果的影响,基于纤维成像法观察混纺纱横截面的纤维分布情况,建立了混纺纱横截面纤维径向混和不匀率的数学模型,采用涤粘普梳混纺工艺路线与涤粘精梳混纺工艺路线分别制备两种混纺比的涤粘混色纱,计算两种混色纱的纤维径向混和不匀率。结果表明:涤粘精梳混纺工艺能够显著提高纱线截面内的纤维径向混和均匀性;与涤粘普梳纱相比,涤/粘混纺比为65/35时,涤粘精梳混纺纱的涤纶径向混和不匀率降幅为42.88%,粘胶纤维径向混和不匀率降幅为41.91%;涤/粘混纺比为50/50时,涤粘精梳混纺纱的涤纶、粘胶纤维径向混和不匀率降幅分别为40.57%、39.55%;涤粘普梳混纺工艺对纤维混纺比的控制更加准确。