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基于BaGa_(4)Se_(7)晶体的中红外辐射源稳定性实验研究

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激光与红外 2024年第5期54卷 685-691页

作者：李楠李惟帆祁峰姚吉勇郭丽媛路远沈阳航空航天大学电子信息工程学院辽宁沈阳110136 辽宁省太赫兹成像感知重点实验室辽宁沈阳110169 中国科学院沈阳自动化所光电信息处理重点实验室辽宁沈阳110069 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院理化技术研究所北京100190

在实际应用中,光源的输出能量稳定性影响着光源在各种应用中的可靠性和性能,如激光治疗、光谱分析、光电对抗以及光成像等领域。本文首先对光学参量振荡器(OPO)系统从激光泵浦源、谐振腔结构和非线性晶体三个方面对输出能量稳定性进行... 详细信息

在实际应用中,光源的输出能量稳定性影响着光源在各种应用中的可靠性和性能,如激光治疗、光谱分析、光电对抗以及光成像等领域。本文首先对光学参量振荡器(OPO)系统从激光泵浦源、谐振腔结构和非线性晶体三个方面对输出能量稳定性进行分析。实验方面,使用BaGa_(4)Se_(7)(BGSe)晶体搭建脉冲激光泵浦的3~8μm中红外OPO辐射源,从激光泵浦源和OPO系统两部分对输出能量波动性进行了详细的测量和分析。当输入泵浦能量为30 mJ,正入射输出4.5μm波长时,平均能量为2.151 mJ,标准差为56.49μJ,计算RMS波动为2.62%。根据分析得出,随着激光增益的提高和腔损耗的减小,输出脉冲的波动减小。该研究为不同应用场景下BGSe晶体的红外辐射源的工作参数的选择提供了有益的指导。

关键词：中红外激光 BaGa 4Se 7 光参量振荡器稳定性方均根波动

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种子注入式太赫兹波参量产生源研究

激光与红外 2024年第6期54卷 858-863页

作者：路远李惟帆祁峰姚吉勇郭丽媛李楠沈阳航空航天大学电子信息工程学院辽宁沈阳110136 辽宁省太赫兹成像感知重点实验室辽宁沈阳110169 中国科学院沈阳自动化所光电信息处理重点实验室辽宁沈阳110169 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院理化技术研究所北京100190

种子注入式太赫兹波参量产生源(is-TPG)基于非线性晶体中的受激电磁偶子散射,具有线宽窄、相干性好、室温运转、可调谐等优点。本文基于5%摩尔百分比氧化镁掺杂的同成分铌酸锂晶体(MgO:CLN),对连续/脉冲种子注入式太赫兹波参量产生源(is... 详细信息

种子注入式太赫兹波参量产生源(is-TPG)基于非线性晶体中的受激电磁偶子散射,具有线宽窄、相干性好、室温运转、可调谐等优点。本文基于5%摩尔百分比氧化镁掺杂的同成分铌酸锂晶体(MgO:CLN),对连续/脉冲种子注入式太赫兹波参量产生源(is/ips-TPG)调谐范围、输出能量、阈值等方面进行了研究。相比于is-TPG系统,ips-TPG系统调谐范围范围扩大约80%。is-TPG系统与ips-TPG系统3dB带宽分别为1THz与1.41THz,占各自调谐范围的51%和39%。ips-TPG系统相比is-TPG系统3dB带宽范围扩大了41%。在相近的平均功率密度下,由于ips-TPG具有更高的峰值功率密度降低了阈值,产生了更强的THz波输出,最大转换效率为1.01×10^(-5)。不同形式种子光的注入对太赫兹波参量辐射源有着显著的影响,实验结果表明ips-TPG系统的输出特性更为突出在实际应用中具有更高的价值。本文最后对其未来发展进行了分析和展望。

关键词：太赫兹参量辐射源种子注入非共线相位匹配受激电磁耦子

外腔增强激光非线性频率变换及高效窄线宽太赫兹波的产生

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外腔增强激光非线性频率变换及高效窄线宽太赫兹波的产生

作者：李惟帆天津大学

学位级别：硕士

THz波处于光谱中过渡区域,其不仅在物理、化学生物等基础学科中有着独特的优势,而且在医学、军事通讯等多领域都有着巨大的潜在价值。基于外腔增强技术的THz波差频辐射源能产生高能量,可调谐相干THz波,且能在室温下运转,结构紧凑,有极... 详细信息

THz波处于光谱中过渡区域,其不仅在物理、化学生物等基础学科中有着独特的优势,而且在医学、军事通讯等多领域都有着巨大的潜在价值。基于外腔增强技术的THz波差频辐射源能产生高能量,可调谐相干THz波,且能在室温下运转,结构紧凑,有极大的研究价值。依托国家自然科学基金项目“2μm光纤激光器泵浦的窄线宽m W量级连续THz源”,我们对外腔增强结构差频THz源的各个技术环节分别进行了研究探索,主要分为2μm光纤激光放大系统的搭建,外腔增强环形腔结构的研究,以及THz波导的研究。本论文的主要内容如下:1.介绍了THz波,归纳了THz波的光学和电学产生方法,特点及在多领域的应用,总结了国内外关于外腔增强差频THz源的研究进展,介绍了非线性光学频率变换过程中最重要的相位匹配技术;2.推导描述了非线性频率变换中三波互作用过程。对LBO晶体I类相位匹配倍频进行了理论分析,计算模拟结果为,在θ角为90°,φ角约为11°时,有最大的有效非线性系数约2.64×10-12m/V,基频慢光和倍频快光的走离角分别为0和0.38°,两者能流密度方向互作用角有最小值约为0.27°;3.以LBO晶体I类倍频为基础,对外腔增强环形腔的结构稳定条件进行了探索,推导了模式匹配与阻抗匹配条件,并计算了连续波及脉冲情况下的增强系数,根据环形腔精细度不同,可以得到几十至几百倍的增强;4.对高性能双波长2μm差频THz泵浦源进行搭建并测试,目前第二级预放大后可以获得7.5W的光信号输出,线宽大约在75.1k Hz,相对强度噪声约为-110d B/Hz;5.介绍了一种基于晶体光纤波导结构,周期反转Ga As晶体为纤芯,硫属化合物玻璃为包层的高亮度THz源,并从理论上分析了光波-THz波的能量转换特性,以及产生的THz波聚焦特性。

关键词：非线性频率变换外腔增强光纤放大器太赫兹波导

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中红外激光器研究进展

激光与光电子学进展 2023年第17期60卷 61-78页

作者：程乃俊李惟帆祁峰沈阳航空航天大学电子信息工程学院辽宁沈阳110136 中国科学院沈阳自动化研究所光电信息处理重点实验室辽宁沈阳110169 辽宁省太赫兹成像感知重点实验室辽宁沈阳110169 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169

中红外波段在基础科学、生物医学、环境监测、军事国防、安检安防、通信娱乐等诸多领域都有极其重要的应用。作为中红外技术的核心组成部分,覆盖宽光谱范围、高能量、高转换效率、小型化、室温运转的高性能中红外相干辐射源始终都是科... 详细信息

中红外波段在基础科学、生物医学、环境监测、军事国防、安检安防、通信娱乐等诸多领域都有极其重要的应用。作为中红外技术的核心组成部分,覆盖宽光谱范围、高能量、高转换效率、小型化、室温运转的高性能中红外相干辐射源始终都是科研与应用领域的研究重点与热点。目前中红外激光器种类有很多,根据不同的产生原理,中红外激光器主要分为化学激光器、气体激光器、基于稀土或过渡金属离子掺杂的激光器、量子级联半导体激光器、基于非线性频率变换的激光器。重点综述这几种激光器的特点及发展历程,并对其研究前景进行展望。

关键词：中红外激光化学激光器气体激光器稀土或过渡金属掺杂激光器量子级联非线性频率变换

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太赫兹大孔径折射透镜的焦移特性研究

红外与毫米波学报 2023年第3期42卷 345-349页

作者：李惟帆祁峰汪业龙刘鹏翔刘朝阳中国科学院光电信息处理重点实验室辽宁沈阳110169 辽宁省太赫兹成像感知重点实验室辽宁沈阳110169 中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110169

研究了利用大孔径折射透镜对太赫兹波进行聚焦时产生的焦移效应。焦移效应所引起的焦点位置偏差会对太赫兹系统的成像或测量质量产生不利影响。通过理论计算和有限元分析仿真,研究并讨论了与透镜孔径、焦距和工作频率有关的焦移参考值... 详细信息

研究了利用大孔径折射透镜对太赫兹波进行聚焦时产生的焦移效应。焦移效应所引起的焦点位置偏差会对太赫兹系统的成像或测量质量产生不利影响。通过理论计算和有限元分析仿真,研究并讨论了与透镜孔径、焦距和工作频率有关的焦移参考值。当使用商用透镜时,实际焦点位置需要通过焦移效应来确定,以保证太赫兹系统的工作效率。对于定制透镜的设计,焦移需要根据工作频率,在焦距的设计中进行补偿。这两个途径可以保障太赫兹系统的良好性能。

关键词：太赫兹透镜焦移有限元分析非球面镜

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太赫兹参量振荡器研究进展

激光与光电子学进展 2014年第9期51卷 43-53页

作者：李惟帆郭宝山史伟(指导) 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所光电信息技术科学教育部重点实验室天津300072 亚利桑那大学光学科学中心美国亚利桑那州85747

太赫兹(THz)波以其光谱和传输性能等方面的独特特性在基础学科研究、医学成像和无损检测等多领域具有重要的应用前景,其科学研究战略意义重大。根据THz波参量振荡器(TPO)的结构,主要从产生THz波常用的非线性晶体,内腔、外腔及腔增强结构... 详细信息

太赫兹(THz)波以其光谱和传输性能等方面的独特特性在基础学科研究、医学成像和无损检测等多领域具有重要的应用前景,其科学研究战略意义重大。根据THz波参量振荡器(TPO)的结构,主要从产生THz波常用的非线性晶体,内腔、外腔及腔增强结构,THz波输出耦合方式,浅表面输出结构,抽运光参数对TPO的影响和种子注入技术几个方面对国内外THz参量振荡器的研究进展进行回顾。随着新材料和新结构的研究,TPO将会在越来越多的领域中发挥作用。

关键词：光谱学太赫兹参量振荡铌酸锂晶体输出耦合谐振腔结构种子注入技术

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宽调谐高脉冲能量的短波红外光学参量振荡器

中国激光 2023年第23期50卷 186-191页

作者：刘鹏翔李伟祁峰牛春草李惟帆付俏俏郭丽媛李忠洋沈阳化工大学信息工程学院辽宁沈阳110142 中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110169 辽宁省太赫兹成像与感知重点实验室辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049 华北水利水电大学电力学院河南郑州450045

利用Nd∶YAG激光泵浦磷酸氧钛钾晶体,实现了波长为2.05~2.97μm的相干光输出,其覆盖了近红外与中红外过渡波段(也称“短波红外波段”)。采用了与以往报道不同的相位匹配调谐区域,在较小的晶体转角下,获得了较宽的调谐范围。比较了单程... 详细信息

利用Nd∶YAG激光泵浦磷酸氧钛钾晶体,实现了波长为2.05~2.97μm的相干光输出,其覆盖了近红外与中红外过渡波段(也称“短波红外波段”)。采用了与以往报道不同的相位匹配调谐区域,在较小的晶体转角下,获得了较宽的调谐范围。比较了单程与双程泵浦的两种光学参量振荡器结构,验证了双程泵浦的优越性。双程泵浦的光学参量振荡器的最高输出脉冲能量在18 mJ以上,峰值功率高于2.3 MW,在较宽调谐范围内保持了较高的输出能量,输出能量在5 mJ以上的波段占比为78.3%。上述工作为短波红外波段应用提供了一种便捷有效的相干光源。

关键词：非线性光学光学参量振荡器短波红外波段磷酸氧钛钾角度调谐

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基于有机吡啶盐晶体的太赫兹频率上转换探测

物理学报 2021年第5期70卷 69-73页

作者：刘鹏翔李伟郭丽媛祁峰庞子博李惟帆汪业龙刘朝阳中国科学院沈阳自动化研究所光电信息处理重点实验室沈阳110169 中国电子科技集团公司第四十六研究所天津300220 中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169 中国科学院大学北京100049

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... 详细信息

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.

关键词：太赫兹探测非线性光学有机非线性晶体频率上转换

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一种无偏差的多通道多尺度样本熵算法

物理学报 2024年第11期73卷 46-55页

作者：李惟嘉申晓红李亚安西北工业大学航海学院西安710072 西北工业大学海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室西安710072

多通道数据采集技术的发展为复杂系统非线性动力学特性研究提供了更加丰富的先验信息.然而传统的非线性特征量只能处理单通道数据,无法直接提取多通道数据的非线性特征.近年来,有学者对多尺度样本熵算法进行了一般化处理,提出了多通道... 详细信息

多通道数据采集技术的发展为复杂系统非线性动力学特性研究提供了更加丰富的先验信息.然而传统的非线性特征量只能处理单通道数据,无法直接提取多通道数据的非线性特征.近年来,有学者对多尺度样本熵算法进行了一般化处理,提出了多通道多尺度样本熵算法.该算法不仅可以对多通道数据整体的复杂度进行表征,还可以有效提取通道内和通道间隐含的相关性信息.但是,该算法缺乏相应的理论支撑,在实际应用中无法兼顾性能和稳定性.针对以上问题,本文提出了一种无偏差的多通道多尺度样本熵算法,并利用概率论从理论上分析了多通道多尺度样本熵算法不稳定以及性能差的原因.后续的仿真实验证明改进后的算法不但可以有效地提取通道内和通道间的相关性信息,同时在处理复杂数据时表现出了良好的稳定性.该算法为诸如模糊熵、排列熵等非线性特征量的算法一般化提供了思路和理论依据.

关键词：非线性动力学多通道数据多通道多尺度样本熵