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冷镱原子光钟绝对频率测量及相关跃迁研究的进展

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仪器仪表学报 2024年第2期45卷 2-16页

作者：齐启超金涛韫彭成权孙常越徐信业华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

光学原子钟的稳定度和不确定度都已全面进入小数10-18量级,是目前最精密的时间频率测量工具之一。光学原子钟已在精密测量和基础物理研究等尖端科研领域展现出潜力,并有望重新定义时间单位“秒”。镱原子光钟因其独特的能级优势而成为... 详细信息

光学原子钟的稳定度和不确定度都已全面进入小数10-18量级,是目前最精密的时间频率测量工具之一。光学原子钟已在精密测量和基础物理研究等尖端科研领域展现出潜力,并有望重新定义时间单位“秒”。镱原子光钟因其独特的能级优势而成为了目前世界上发展最成熟、研究最广泛的光钟之一。镱原子钟跃迁的绝对频率测量和镱原子相关跃迁光谱的精密测量具有重要意义。综述了冷镱原子光钟的钟跃迁6s 21 S 0-6s6p 3P 0能级绝对频率测量的国内外进展,并介绍以7.3×10^(-16)的不确定度测量镱原子钟跃迁绝对频率的实验,测量值为518295836590863.30±0.38 Hz。综述了利用已完成绝对频率测量的镱原子光钟为基准,对镱原子的649,770和1389 nm抽运光的对应跃迁绝对频率进行精密测量的结果。

关键词：镱原子光学原子钟绝对频率测量精密光谱精密测量

激光烧蚀低密度等离子体产生高次谐波的研究进展

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中国激光 2024年第7期51卷 49-63页

作者：高健吴健华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室重庆401121

超短强激光脉冲与物质相互作用产生的高次谐波辐射是一种相干的极紫外或软X射线光源,并且在时间上还是阿秒脉冲串。在不同介质中探寻更有效的高次谐波产生方案一直是研究热点。利用飞秒激光烧蚀低密度等离子体羽可将高次谐波扩展到几乎... 详细信息

超短强激光脉冲与物质相互作用产生的高次谐波辐射是一种相干的极紫外或软X射线光源,并且在时间上还是阿秒脉冲串。在不同介质中探寻更有效的高次谐波产生方案一直是研究热点。利用飞秒激光烧蚀低密度等离子体羽可将高次谐波扩展到几乎任何固体材料,极大地丰富了媒介的选择性。由于某些材料的等离子体内低电离态离子共振跃迁频率与谐波波长存在匹配,使得在极紫外波段特定阶次谐波表现出明显的共振增强效应,从而能够获得强单色的高次谐波辐射。结合纳米颗粒的近场增强效应和较大的电子回撞截面,极紫外波段的高次谐波转换效率可以进一步得到提高。激光等离子体高次谐波有望产生高脉冲能量、增强阶次可调和高重复频率的相干极紫外辐射。综述单阶谐波共振增强效应的产生原理和研究进展,分析各种优化方法和光场调控手段,并对未来的发展趋势进行展望。

关键词：非线性光学高次谐波低密度等离子体共振增强极紫外波段

基于超冷铒原子的双波长激光光纤相位噪声抑制

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激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 165-170页

作者：廖文敏张思慧段玉青王杰武海斌华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

以超冷铒原子系统冷却光的基频光作为探测光,主动补偿激发铒原子赫兹线宽能级跃迁的激光在光纤传输中引入的附加相位噪声。在不影响原有被传输亚赫兹线宽激光(1299 nm)的情况下,将相近波长的宽线宽基频光(1166 nm)从光纤输出端反向注入... 详细信息

以超冷铒原子系统冷却光的基频光作为探测光,主动补偿激发铒原子赫兹线宽能级跃迁的激光在光纤传输中引入的附加相位噪声。在不影响原有被传输亚赫兹线宽激光(1299 nm)的情况下,将相近波长的宽线宽基频光(1166 nm)从光纤输出端反向注入,实施外差拍频探测并主动反馈补偿。当两个波长激光的光纤传输噪声基本一致时,可极大地抑制亚赫兹线宽激光在光纤传输中由于温度和振动等因素引起的各种相位噪声。主动补偿后传输激光的线宽从锁定前的14.6 Hz压窄到锁定后的11.6 mHz,光频传输的1000 s稳定度从1.6×10^(-16)提升到6.5×10^(-19),满足当前最高精度和稳定度光钟的光频传输需求。所发展的光频传送方案可作为被传输激光器功率不足或空间受限时的替代方案,也可用在单点对多点近距离传输网络中简化源端发送装置。

关键词：光纤链路光纤相位噪声窄线宽相位噪声抑制光钟

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低成本亚毫米精度单光子测距技术

激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 267-272页

作者：李舒毅詹淇李召辉吴光华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

单光子探测技术具有高灵敏度、低时间抖动、低功耗等独特优势,在激光测距和成像中的应用越来越广泛。基于此,提出一种低成本的高精度单光子测距技术。利用窄脉冲电路驱动激光二极管产生脉宽为160 ps的窄脉冲激光,利用多像素光子计数器... 详细信息

单光子探测技术具有高灵敏度、低时间抖动、低功耗等独特优势,在激光测距和成像中的应用越来越广泛。基于此,提出一种低成本的高精度单光子测距技术。利用窄脉冲电路驱动激光二极管产生脉宽为160 ps的窄脉冲激光,利用多像素光子计数器研制时间抖动为417 ps的低时间抖动单光子探测器,降低系统的整体时间抖动,并搭建高精度单光子测距实验装置。测距实验结果表明,在2 m的测距量程内,单光子测距系统的距离测量精度可达370μm@RMS。实验装置采用同轴光路设计,结构简单,易于集成,为实现小型化低功耗高精度单光子测距系统提供了一种可行性的解决方案。

关键词：激光测距单光子探测器亚毫米光子计数

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高分辨率贝塞尔光束激光成像

光电工程 2024年第3期51卷 86-93页

作者：祁慧宇张伟华翟迪迪朱欣怡李召辉华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

本文研究了一种基于贝塞尔光束的远距离激光三维成像系统,工作波长为532 nm,在激光出射端使用贝塞尔光束代替高斯光束,利用贝塞尔光束的中心光斑能量集中且束宽不随传输距离而变化的无衍射特性,降低激光光束的发散角,提高激光三维成像... 详细信息

本文研究了一种基于贝塞尔光束的远距离激光三维成像系统,工作波长为532 nm,在激光出射端使用贝塞尔光束代替高斯光束,利用贝塞尔光束的中心光斑能量集中且束宽不随传输距离而变化的无衍射特性,降低激光光束的发散角,提高激光三维成像的角分辨率。结合Si-APD单光子探测器,搭建了远距离激光三维成像系统,并完成了远距离验证实验。在远距离目标成像中,实现了角分辨率为18.1μrad的激光三维成像,为远距离高分辨率激光三维成像提供了一种有效的解决方案。

关键词：激光雷达远距离成像角分辨率贝塞尔光束

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基于纳秒脉冲激光二极管的高精度单光子测距

激光与光电子学进展 2024年

作者：陆思诺李召辉陈修亮吴光华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室

基于单光子探测的激光测距（单光子测距）通常采用脉冲飞行时间法，通过测量激光脉冲发射时刻与回波光子到达时刻，得到目标距离。为了获得高测距精度，需要使用窄脉冲激光、高精度探测器和事件计时器，导致系统成本大幅上升。本文介绍... 详细信息

基于单光子探测的激光测距（单光子测距）通常采用脉冲飞行时间法，通过测量激光脉冲发射时刻与回波光子到达时刻，得到目标距离。为了获得高测距精度，需要使用窄脉冲激光、高精度探测器和事件计时器，导致系统成本大幅上升。本文介绍了一种低成本的单光子激光测距方法，提出移动窗口累加的互相关算法，有效提升较大时间抖动系统的测距精度。实验中，采用脉冲宽度为2.18ns的激光二极管光源，时间抖动为0.80ns的硅雪崩光电二极管单光子探测器，通过互相关计算，将光子飞行时间测量精度由0.96ns@RMS提升至0.13ns@RMS，单程测距精度达到4.0cm。

关键词：单光子测距激光测距单光子探测器互相关

面向散射光场调控的波前整形方法及其成像应用(特邀)

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光学学报 2024年第10期44卷 264-278页

作者：沈乐成罗嘉伟张志凌张诗按华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241 中山大学电子与信息工程学院广东广州510006 山西大学极端光学协同创新中心山西太原030006 华东师范大学-山东师范大学光场调控科学与光子芯片器件联合研究中心华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

光学散射一直以来都被认为是限制光学成像深度的重要因素。近年来,波前整形方法克服光学散射的能力引起了研究人员的广泛关注,其核心思想是通过对入射光进行相位调制,补偿散射引起的波前扰乱。波前整形方法能够有效地重新聚焦散射光,有... 详细信息

光学散射一直以来都被认为是限制光学成像深度的重要因素。近年来,波前整形方法克服光学散射的能力引起了研究人员的广泛关注,其核心思想是通过对入射光进行相位调制,补偿散射引起的波前扰乱。波前整形方法能够有效地重新聚焦散射光,有望实现深层组织内高分辨率成像的目标。回顾了波前整形的历史发展,讨论了不同类型的波前整形方法,展示了其在克服光学散射以实现深层组织成像方面的应用实例,并展望了波前整形方法的未来发展趋势。

关键词：波前整形散射介质光学相位共轭传输矩阵光学成像引导星

基于硅酸盐中磁性矿物包裹体的长江和黄河沉积物区分

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第四纪研究 2024年第2期44卷 540-550页

作者：汤佳冰张卫国华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

环境磁学指标已被用来区分中国近海沉积物中长江和黄河物质来源,但是该方法会受到潜在的成岩作用影响。硅酸盐中的磁性矿物包裹体不受成岩作用影响,具有可靠区分物源的潜力。本研究将盐酸(10 mol/L)处理后样品的磁性特征视作硅酸盐中磁... 详细信息

环境磁学指标已被用来区分中国近海沉积物中长江和黄河物质来源,但是该方法会受到潜在的成岩作用影响。硅酸盐中的磁性矿物包裹体不受成岩作用影响,具有可靠区分物源的潜力。本研究将盐酸(10 mol/L)处理后样品的磁性特征视作硅酸盐中磁性矿物包裹体的贡献,以提供区分长江和黄河沉积物的新指标。结果表明,盐酸处理后样品中与磁性矿物含量有关的参数(χ、 SIRM、χARM、 HIRM)不到处理前样品参数值的10%;硅酸盐中的磁性矿物包裹体以低矫顽力的亚铁磁性矿物为主,相比原样中的亚铁磁性颗粒更细;盐酸处理后长江沉积物相比黄河,具有更高的SIRM、χARM、 HIRM值,表明前者包裹体中亚铁磁性矿物和不完整反铁磁性矿物含量更高。分粒级的磁学参数显示,两个河流沉积物磁性矿物包裹体SIRM与HIRM值随着粒级的增大而增大。由于长江支流众多,岩石类型复杂,包裹体磁性参数变化较大,而黄河物质主要来自于黄土高原的黄土,黄土由源区至高原的风力搬运过程中的分选和混合,使得包裹体磁性矿物含量较低,但磁性参数相对均一。本研究表明,利用硅酸盐中磁性矿物包裹体SIRM和S-100散点图、磁性参数主成分分析和热磁曲线,可有效区分长江和黄河沉积物。

关键词：包裹体环境磁学物源粒级分离长江黄河

协同随机森林方法和无人机LiDAR空谱数据的盐沼植被“精灵圈”识别

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光电工程 2024年第3期51卷 76-84页

作者：韩江涛谭凯张卫国周若彤刘帅华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

“精灵圈”作为一种典型的空间自组织结构,对盐沼植被生态系统及其功能有重要影响。获取“精灵圈”的空间格局及时空变化,可为厘清其生态演化机理提供重要科学支撑。本文基于随机森林机器学习方法,结合无人机激光雷达(LiDAR)点云的空间... 详细信息

“精灵圈”作为一种典型的空间自组织结构,对盐沼植被生态系统及其功能有重要影响。获取“精灵圈”的空间格局及时空变化,可为厘清其生态演化机理提供重要科学支撑。本文基于随机森林机器学习方法,结合无人机激光雷达(LiDAR)点云的空间信息与光谱信息,对盐沼植被“精灵圈”进行智能识别与提取。首先,利用激光雷达方程和Phong模型,消除距离、入射角以及镜面反射效应对强度数据的影响,并且通过校正后强度数据滤波分离植被点云与地面点云。然后,构造系列空间特征及几何变量,利用随机森林算法,对植被点云中的正常植被和“精灵圈”进行分类。结果表明:该方法无需人工经验设置参数,能够精确地从无人机LiDAR三维点云数据中快速自动识别“精灵圈”,总体精度为83.9%。本文为“精灵圈”时空分布反演提供了一种高精度的方法,也为基于机器学习的三维点云数据处理提供了技术借鉴。

关键词：随机森林无人机激光雷达空间自组织点云分类