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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

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电磁场B样条间断有限元方法

强激光与粒子束 2024年第7期36卷 35-42页

作者：华沁怡李林齐红新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 华东师范大学物理与电子科学学院上海200241

在计算电磁学领域,时域间断有限元算法(DGTD)一般基于模型空间的不规则网格划分和单元上高阶多项式插值计算。同样的插值阶数,二维空间四边形网格划分比三角形网格划分具有更少的自由度和更高的计算效率。然而,传统基于等参变换和多项... 详细信息

在计算电磁学领域,时域间断有限元算法(DGTD)一般基于模型空间的不规则网格划分和单元上高阶多项式插值计算。同样的插值阶数,二维空间四边形网格划分比三角形网格划分具有更少的自由度和更高的计算效率。然而,传统基于等参变换和多项式张量积插值的基函数空间在四边形单元上仅具有低阶完备性,且稳定性和精度受网格畸变影响较大。为此,提出了一种基于不规则四边形网格的高阶B样条插值DGTD方法,用于Maxwell方程的求解。文章采用的B样条基不仅具有高阶多项式空间的插值完备性,而且完全消除了单元内部自由度。此外,Maxwell方程离散系统的各系数矩阵还具有精确的解析形式。使用该方法分析腔体的本征模和楔形体的电磁散射,结果表明,相较于COMSOL软件最大允许时间步长提高2.5倍,计算所需未知量减少25%,证实了本文算法的高稳定性和高精度特点。

关键词： B样条间断有限元瞬态电磁学高阶精度畸变网格

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

大规模铌酸锂光子集成系统的超快激光光刻研究进展

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科学通报 2024年第12期69卷 1528-1539页

作者：黄金鑫陈锦明刘招祥宋吕斌王冠华孙超伍荣波林锦添方致伟张海粟王哲齐家汪旻程亚中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 华东师范大学物理与电子科学学院极端光机电实验室上海200241 华东师范大学精密光谱国家重点实验室上海200062 上海科技大学物质科学与技术学院上海200135

飞秒光刻辅助化学机械刻蚀技术(photolithography assisted chemo-mechanical etching,PLACE)实现了在薄膜铌酸锂(thin-film lithium niobate,TFLN)上高品质大规模光子集成电路(photonic integrated circuit,PIC)的制造,并推动了光子集成电路重大应用领域的持续发展,产生了一系列高性能PIC应用,诸如高Q微谐振器、低损耗波导、波导放大器、阵列波导光栅(arrayed waveguide grating,AWG)和电光(electro-optic,EO)可调谐/可编程光子器件等.针对PIC器件和光刻系统的大规模生产,本文介绍了一种超高速高分辨率激光光刻制造系统,采用高重复频率飞秒激光器和高速多边形激光扫描仪,可实现200 nm分辨率下4.8 cm2/h的光刻制造效率,并且展示了基于TFLN光子器件的晶圆级制造、晶圆级微电极结构等的应用.

关键词：薄膜铌酸锂光子集成电路光刻飞秒激光微加工