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中国科学院安徽光学精密机械研究所激光光谱学研究实验室简介

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物理 1986年第1期 64-65页

作者：吴存恺中国科学院安徽光学精密机械研究所

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Cr:ZnS晶体激光放大特性实验研究

激光与光电子学进展 2025年

作者：范梦瑶刘晶王雨辰樊雨晴贺振兴余婷戴博叶锡生上海理工大学光电信息与计算机工程学院中国科学院上海光学精密机械研究所王之江激光创新中心中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光材料重点实验室

本文设计和搭建了一套可调谐Cr:ZnS主振荡功率放大（Cr:ZnS-MOPA）激光器实验装置。振荡器采用四镜折叠腔结构，在泵浦功率3.4 W时，实现了输出功率350 mW、中心波长2393 nm的连续激光输出。采用反射光栅，获得了2075-2625 nm的可调谐... 详细信息

本文设计和搭建了一套可调谐Cr:ZnS主振荡功率放大（Cr:ZnS-MOPA）激光器实验装置。振荡器采用四镜折叠腔结构，在泵浦功率3.4 W时，实现了输出功率350 mW、中心波长2393 nm的连续激光输出。采用反射光栅，获得了2075-2625 nm的可调谐激光输出，调谐范围为550 nm，其在峰值波长2450 nm处光谱半峰全宽（FWHM）为1.2 nm。采用振荡器作为种子源，实验研究了不同掺杂浓度国产Cr:ZnS晶体的放大特性并进行了对比分析，结果表明，采用吸收系数3.3 cm-1、尺寸2×4×8 mm3的Cr:ZnS晶体可获得最佳增益输出，其放大倍数为3.3。采用两级放大器对小信号可调谐种子源进行放大，最大获得功率51.7 mW、中心波长2275 nm的激光输出。

关键词：激光放大器 2-3μm中波红外激光器 Cr:ZnS激光晶体可调谐激光

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大气折射的影响与修正技术研究进展

中国光学(中英文) 2025年第1期18卷 1-16页

作者：李洋靖旭秦来安程乙轮王港雨侯再红中国科学院合肥物质科学研究院安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所激光与物质相互作用全国重点实验室安徽合肥230031

为了深入了解大气折射的相关进展,本文从其影响、公式发展以及修正原理等方面进行了介绍。针对大气折射的影响,本文根据研究领域涉及的波段不同,将其划分为应用于光学成像、激光传输和光电跟踪等领域的可见光到红外波段,以及应用于雷达... 详细信息

为了深入了解大气折射的相关进展,本文从其影响、公式发展以及修正原理等方面进行了介绍。针对大气折射的影响,本文根据研究领域涉及的波段不同,将其划分为应用于光学成像、激光传输和光电跟踪等领域的可见光到红外波段,以及应用于雷达测量和卫星探测等领域的无线电波段。这两个波段在实际处理过程中选取的计算公式是不同的。根据折射率公式的发展历史对折射率公式进行介绍,并指出了各公式的局限性。目前对于前者波段公式的最佳选择是Rüeger学者所总结的公式,而对于后者建议选择ITU-R P.453-13建议书中的无线电折射率公式。最后介绍了获取大气折射率的传统计算方法和光学测量方法。传统计算方法是基于大气模式或气象数据建立的模型,通过公式计算或模型拟合来确定特定区域的折射率。这种方法在单一环境或平均范围内具有一定的准确性。而光学测量方法不需要大气模型作为基础,更不用依赖气象参数,测量结果数据实时性高、更具路径代表性,能弥补一些传统方式的弊端,更符合未来的发展趋势。

关键词：大气折射折射率公式大气光学光学测量

793 nm直泵宽带可调谐窄线宽环形腔2μm掺铥光纤激光器

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激光与光电子学进展 2025年

作者：王建伟沈辉任俊杰贺振兴漆云凤戴博叶锡生上海理工大学光电信息与计算机工程学院中国科学院上海光学精密机械研究所王之江激光创新中心中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部

本文采用793 nm激光二极管（LD）直接泵浦环形腔光纤激光器，在2μm波段实现了波长可调谐的窄线宽激光输出。通过在环形腔中插入可调谐光纤法布里-珀罗（F-P）滤波器，实现激光波长的宽带调谐；利用未泵浦的保偏掺铥光纤作为饱和吸收体... 详细信息

本文采用793 nm激光二极管（LD）直接泵浦环形腔光纤激光器，在2μm波段实现了波长可调谐的窄线宽激光输出。通过在环形腔中插入可调谐光纤法布里-珀罗（F-P）滤波器，实现激光波长的宽带调谐；利用未泵浦的保偏掺铥光纤作为饱和吸收体，在腔内形成动态窄带光栅，实现窄线宽激光输出。通过优化增益光纤和可饱和吸收体光纤长度，实现激光器输出功率达70 mW，波长调谐带宽约98 nm，调谐范围为1950 nm～2048 nm。调谐范围内输出的窄线宽激光光谱线宽平均为0.86 GHz。用该激光器能作为种子源，经过光纤放大，可获得高功率宽带可调谐窄线宽2μm激光。

关键词：掺铥光纤激光器 2μm波段环形腔波长调谐窄线宽

基于SCIATRAN的临近空间氧气光谱敏感性分析

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 170-178页

作者：叶松胡双寒熊伟李树王新强王方原汪杰君桂林电子科技大学光电工程学院广西桂林541004 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031 广西光电信息处理重点实验室广西桂林541004

临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测... 详细信息

临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测主要是依据太阳辐射的短波红外部分被大气层氧气分子吸收得到的吸收谱线,该谱线携带着氧气含量等重要信息。利用探测器得到的氧气光谱进行高精度反演可以得到温度等信息。探测过程中的太阳天顶角、方位角、临边切高及气溶胶参数等因素对氧气影响不同,基于SCIATRAN模型分析氧气对不同参数的敏感性。通过对探测方式和环境因素引起的辐射亮度变化来分析计算氧气对其敏感性。结果表明:氧气的辐射亮度在天顶角为60°以下是随天顶角增大而增大的,但在超过60°后变化随之相反,一天内的太阳天顶角对于氧气的辐射亮度影响不超过0.01 W/m^(2)/nm/sr,且差值不超过7%;氧气辐亮度随方位角增大而减小;氧气辐射亮度随切线高增加而减小,且减小幅度逐渐下降;气溶胶类型对氧气辐射亮度的影响差值比例在10%以内;气溶胶季节对氧气辐射亮度影响是春夏季节要大于秋冬季节;不同气溶胶类型下的气溶胶光学厚度倍数对氧气辐射亮度影响的差值比例均在30%以内,且农村与海洋型气溶胶下光学厚度倍数与辐射亮度成正比,城市型气溶胶下与之相反。仿真数据的结果与实测数据结果对比分析验证了SCIATRAN模型仿真数据的有效性和可行性。该研究为临近空间的氧气探测提供了科学依据,为临近空间的反演等相关研究领域提供参考。

关键词：临近空间氧气辐射传输敏感性

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基于点到线共焦的暗场激光散射表面缺陷检测

激光与光电子学进展 2025年第03期 193-201页

作者：常凯王硕程莹钧田志彭卢荣胜谢兴龙董敬涛合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室

面向透明光学元件表面缺陷高速、高灵敏度的检测需求，针对现有暗场散射点共焦成像技术扫描效率低以及线共焦成像技术散射光串扰的问题，通过部分打破成像物镜的物-像共轭约束，设计了一种由柱状椭面镜和线阵光纤束组合的暗场散射光点-... 详细信息

面向透明光学元件表面缺陷高速、高灵敏度的检测需求，针对现有暗场散射点共焦成像技术扫描效率低以及线共焦成像技术散射光串扰的问题，通过部分打破成像物镜的物-像共轭约束，设计了一种由柱状椭面镜和线阵光纤束组合的暗场散射光点-线共焦收集装置，突破了数值孔径和视场相互制约的瓶颈，将线视场从毫米量级大幅提升至百毫米量级。设计了一种高速激光线扫描策略，在元件表面每一瞬间只产生一个激光光斑，避免了缺陷散射光的串扰。在此基础上，开发出具有光学断层能力的点-线共焦暗场激光散射测头，其具备分离透明光学元件前、后表面散射光的能力。实验结果表明：该测头的有效线视场达100 mm，散射光收集均匀性达80.7%；对于2 mm厚的透明元件，后表面缺陷散射光抑制信噪比可达14.1 dB；在8 mm/s的扫描速度下系统具备800 mm2/s的扫描效率，横向分辨率为20μm,1.16μm宽的划痕缺陷的散射信号信噪比可达10.9 dB，品质因子为6.9 cm-2·s-1·μm-1。

关键词：暗场散射表面缺陷检测线扫描共聚焦

基于新息自适应扩展卡尔曼滤波的双光梳光谱校正算法研究

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中国激光 2025年

作者：焦婷邓昊许振宇牛冉彤黄安艾苏曼陈楚戈阚瑞峰安徽大学物质科学与信息技术研究院中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室

双光梳光谱技术作为一种具备高分辨率、宽带光谱范围及快速测量特性的前沿光谱技术，在现代光学研究领域的众多应用中展现出巨大潜力。然而，如何提高双光梳系统的互相干性一直是制约其性能提升和广泛应用的关键挑战。本文聚焦于这一问... 详细信息

双光梳光谱技术作为一种具备高分辨率、宽带光谱范围及快速测量特性的前沿光谱技术，在现代光学研究领域的众多应用中展现出巨大潜力。然而，如何提高双光梳系统的互相干性一直是制约其性能提升和广泛应用的关键挑战。本文聚焦于这一问题，以射频基准锁定的双光梳系统作为研究平台，提出了一种基于新息自适应扩展卡尔曼滤波的双光梳光谱自参考校正算法，在1 s的采集时间内，将射频域纵模线宽从原来的大于1 kHz降低到1 Hz，光谱分辨率显著提高，同时干涉信号相干平均后的信噪比提升约40倍。研究表明，该算法能够有效提高光谱质量，恢复双光梳间的互相干性。

关键词：激光光学双光梳光谱互相干性卡尔曼滤波误差校正

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基于自研光谱仪的痕量气体光解速率测量研究

光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 15-23页

作者：李浩然曾议朱磊窦科刘志宏常振江宇司福祺中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境科学与技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学科学岛分院安徽合肥230026 合肥大学生物食品与环境学院安徽合肥230601

光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件... 详细信息

光解速率及其测量技术最早由德国科学家提出,21世纪初Metcon公司开发了光解速率测量仪,该技术在国内得到关注,部分高校和公司对光解速率测量系统开展了研究和开发。国外产品一般体积较大,价格昂贵。国内产品中光谱仪、接收器等核心器件仍依赖于国外进口,易受国外技术封锁影响。在我国“十四五”国家重点研发计划中“大气与土壤、地下水污染综合治理”重点专项对化学气候综合站检测技术与装备需求引导下,研制了测量大气物质光解速率的光谱仪系统,并满足其核心部件国产化的要求。系统采用自主设计的小型光谱仪作为核心部件,配合各向均匀响应的光学接收器,经实验室光学定标后测得各种物质的光解速率。该系统工作波段为285~430 nm,时间分辨率可达0.1 s,可测物质包括NO_(2)、HONO、HCHO、H_(2)O_(2)等,与国外进口测量仪器对比,各气体物质光解速率的测量误差小于5%,相关性均超过0.93。采用该系统在合肥市董铺岛对大气中气体光解速率开展了长时间的连续监测。对NO_(2)光解速率变化趋势以及NO_(2)光解速率与浓度间的相关性进行分析,发现光解反应与驱动光化反应的能量密切相关,晴天的光解速率数值明显高于阴天与雨天。发现NO_(2)光解速率与浓度的积分曲线间存在一种经验公式,相关性大于0.9,可通过测量NO_(2)光解速率对NO_(2)浓度的累积量进行估计。该系统实现了核心部件的国产化,整体结构简单、便携,方便外场试验安装的同时,降低成本,提高经济性。研究为大气污染综合监测治理提供数据支撑,对各地区的环境监测及污染预防具有参考意义。

关键词：光解速率光谱仪辐亮度光学接收器

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机动车尾气NO检测系统中的磁旋转吸收池设计研究

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中国激光 2025年

作者：雷博恩张玉钧何莹尤坤王立明中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室中国科学技术大学研究生院科学岛分院

磁旋转吸收池是基于法拉第旋转光谱技术的机动车尾气NO检测系统中的核心部件，本文构建了磁旋转吸收池模型，在基于有限元法对磁旋转吸收池原理进行仿真分析的基础上，设计了一种可产生磁场的磁旋转吸收池，并从其产生的磁场特性和将其... 详细信息

磁旋转吸收池是基于法拉第旋转光谱技术的机动车尾气NO检测系统中的核心部件，本文构建了磁旋转吸收池模型，在基于有限元法对磁旋转吸收池原理进行仿真分析的基础上，设计了一种可产生磁场的磁旋转吸收池，并从其产生的磁场特性和将其用于机动车尾气NO检测系统模拟实验两个方面对磁旋转吸收池的性能进行了检验。结果表明：该吸收池与模拟仿真的吸收池性能相一致，产生的磁感应强度相对误差在2%以下；机动车尾气NO检测系统可以精确检测到NO浓度的变化，当磁感应强度由0mT增加到36.4mT时，检测系统的探测精度可提高20%。为机动车尾气NO检测系统的高灵敏和高选择性设计奠定了基础。

关键词：光谱学法拉第旋转光谱磁旋转吸收池机动车尾气 NO检测