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光学阱中Λ增强型灰色黏团冷却辅助原子装载

物理学报 2024年第11期73卷 126-132页

作者：刘岩鑫王志辉管世军王勤霞张鹏飞李刚张天才山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学极端光学省部共建协同创新中心太原030006

Λ增强型灰色黏团冷却技术(Λgray molasses cooling,Λ-GMC)已被广泛用于制备低于亚多普勒温度极限的冷原子样品实验中.本文设计搭建了宽范围、快速调谐的激光系统,其调谐范围最高可达600 MHz.基于该激光系统,于光学微腔中心通过铯原... 详细信息

Λ增强型灰色黏团冷却技术(Λgray molasses cooling,Λ-GMC)已被广泛用于制备低于亚多普勒温度极限的冷原子样品实验中.本文设计搭建了宽范围、快速调谐的激光系统,其调谐范围最高可达600 MHz.基于该激光系统,于光学微腔中心通过铯原子D2线Λ-GMC冷却辅助腰斑大小为15μm的交叉偶极阱中原子的装载,相比于传统的偏振梯度冷却辅助装载,原子数增加了约4倍,原子温度由25μK降低至8μK.该实验对超冷原子样品实验制备和单原子阵列俘获等研究具有重要借鉴意义.

关键词： Λ-GMC冷却多普勒温度极限宽范围频率调谐冷原子

地基引力波探测激光干涉仪的真空残余气体噪声分析

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物理学报 2024年第5期73卷 59-68页

作者：郭禧庆周静王晨曦秦琛郭成哲李刚张鹏飞张天才山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学极端光学省部共建协同创新中心太原030006

引力波是时空弯曲产生的涟漪波动.引力波探测对促进人类认识自然和科学技术进步均具有深远意义.由于引力波信号非常微弱,地基引力波探测器需要超高真空环境来保证激光干涉仪的稳定运行.本文阐述了残余气体噪声对地基引力波探测装置灵敏... 详细信息

引力波是时空弯曲产生的涟漪波动.引力波探测对促进人类认识自然和科学技术进步均具有深远意义.由于引力波信号非常微弱,地基引力波探测器需要超高真空环境来保证激光干涉仪的稳定运行.本文阐述了残余气体噪声对地基引力波探测装置灵敏度的影响,并从第三代地基引力波探测原型机和全尺寸装置的真空系统设计出发,通过理论分析和模拟,给出真空系统压强、环境温度、残余气体质量和种类、测试质量的曲率半径等因素对引力波探测灵敏度的影响.这为引力波探测原型机和全尺寸装置的真空系统设计和建设提供了重要的理论依据.

关键词：引力波探测光学干涉仪真空残余气体噪声

利用非线性损耗提升全固态单频激光器输出功率研究进展(特邀)

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红外与激光工程 2024年第1期53卷 31-42页

作者：卢华东李佳伟靳丕铦苏静彭堃墀山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室山西太原030006 山西大学极端光学协同创新中心山西太原030006

全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需... 详细信息

全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需求,因此亟需在保持全固态激光器整体性能的同时进一步提升激光器的输出功率。为此首先需要更高的泵浦功率,而这将使激光器内部增益提高,在腔内损耗不变的情况下,原非振荡模式也将满足起振条件,从而使激光器在跳模或多模状态下运转。此外,激光晶体的热效应和损伤阈值也限制了输出功率的提高。本文介绍了一种利用非线性损耗大幅度提升全固态单频连续波激光器的输出功率的技术和方法。通过在谐振腔中引入非线性损耗,使主模经受的非线性损耗是次模的一半。在模式竞争的作用下,谐振腔内的模式被更进一步的选择,从而允许全固态单频激光器在更高的增益下保持单纵模运转。通过在谐振腔内插入多块增益晶体可以有效缓解由于激光增益晶体热效应的限制,从而实现更高功率的单频激光输出。目前高功率全固态连续波激光器的输出功率已经达到了一百瓦的量级,且还在进一步提高。通过在谐振腔内引入非线性损耗,全固态单频连续波激光器的整体性能在得以保障和提高的同时,其应用范围也得到了进一步的推广。

关键词：全固态激光器非线性损耗单频高功率

采用BBO晶体产生266 nm深紫外激光过程中的热特性研究

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中国激光 2024年第14期51卷 26-34页

作者：王子文曹雪辰张艳林程东林靳丕铦卢华东山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室山西太原030006 山西大学极端光学协同创新中心山西太原030006

基于近红外波段1064 nm激光的四倍频过程是产生深紫外激光的有效技术手段之一。然而,非线性晶体在产生深紫外激光的过程中,晶体内部严重的非线性吸收带来的热效应会破坏其相位匹配条件,进而制约深紫外激光功率的提升。为此,在利用偏硼酸... 详细信息

基于近红外波段1064 nm激光的四倍频过程是产生深紫外激光的有效技术手段之一。然而,非线性晶体在产生深紫外激光的过程中,晶体内部严重的非线性吸收带来的热效应会破坏其相位匹配条件,进而制约深紫外激光功率的提升。为此,在利用偏硼酸钡(BBO)晶体作为1064 nm近红外光四倍频过程的非线性转化介质的基础上,通过对不同匹配温度下的晶体内部温升情况进行研究,发现提高晶体匹配温度可以有效减缓晶体内部由非线性吸收引起的热效应,改善深紫外激光功率输出。最终,在晶体匹配温度为180℃、绿光输入功率为16 W时,获得了重复频率为20 kHz、单脉冲宽度为4 ns、平均功率为2.56 W的266 nm深紫外激光。通过建立BBO晶体非线性吸收理论模型,进一步计算了不同匹配温度、不同紫外激光功率下的非线性吸收系数和归一化色心密度,结果显示,非线性吸收系数与紫外激光功率强度正相关,并且在紫外激光功率均为2.25 W时,相较于60℃,匹配温度为180℃的晶体其非线性吸收系数减小了近63%,色心密度也降低了57%,该研究结果对实现高功率的266 nm深紫外激光的输出具有重要意义。

关键词： 266 nm深紫外激光非线性吸收热效应匹配温度高功率偏硼酸钡

基于物理信息神经网络的金属表面吸收率测量方法

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物理学报 2024年第9期73卷 145-152页

作者：方波浪武俊杰王晟吴振杰李天植张洋杨鹏翎王建国西北核技术研究所西安710024

漫反射金属吸收率的准确测量十分重要且比较困难.量热法可靠性较高,但是参数反演较为困难.为此,建立了一种物理信息神经网络方法.该方法通过神经网络拟合温度上升段曲线,进而获得吸收率.为了验证该方法,开展了数值仿真和实验研究.数值... 详细信息

漫反射金属吸收率的准确测量十分重要且比较困难.量热法可靠性较高,但是参数反演较为困难.为此,建立了一种物理信息神经网络方法.该方法通过神经网络拟合温度上升段曲线,进而获得吸收率.为了验证该方法,开展了数值仿真和实验研究.数值仿真结果表明,该方法适用于吸收率测量,抗干扰能力强,反演精度高,在0.05—0.2的吸收率范围内,最大误差为0.00092.实验以喷砂镀金铝板为被测对象,受表面粗糙度、镀金工艺等影响,这些样品的吸收率处于2%—10%之间,测量重复精度优于1%.基于物理信息神经网络的吸收率测量方法有望成为一种有力的金属表面吸收率测量方法.

关键词：测量方法和设备光学性能神经网络

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基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术研究

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物理学报 2024年第1期73卷 193-200页

作者：杨家齐赵刚焦康高健闫晓娟赵延霆马维光贾锁堂山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室太原030006 山西大学极端光学协同创新中心太原030006

中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈... 详细信息

中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈实现激光到F-P腔锁定的可行性,利用一个高精细度中红外超稳F-P腔作为频率参考,基于光学反馈技术实现了量子级联激光器到该超稳腔的锁定.经过评估得到激光器线宽被压窄到1.1 Hz,压窄激光线宽的同时稳定了激光频率,将激光器的长期漂移控制在20 kHz/12 h.其中,为了获取长时间稳定的光学反馈,基于PDH技术获取了误差信号,用于对反馈相位的实时伺服控制.

关键词：激光频率锁定中红外激光线宽压窄光学反馈

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基于多平面光转换的厄米-高斯光束产生和模式分离

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光学学报 2024年第16期44卷 329-337页

作者：马天宝祁玲珍彭姝李佳明郭旭联刘奎山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室山西太原030006 山西大学极端光学协同创新中心山西太原030006

高质量的高阶厄米-高斯光束的产生和模式分离技术对大容量光通信和空间测量具有重要意义。搭建了基于多平面光转换(MPLC)的模分复用器进行模式整形,并获得高质量的厄米-高斯(HG)光束,其中HG1,0、HG2,0、HG3,0、HG4,0和HG5,0的模式纯净... 详细信息

高质量的高阶厄米-高斯光束的产生和模式分离技术对大容量光通信和空间测量具有重要意义。搭建了基于多平面光转换(MPLC)的模分复用器进行模式整形,并获得高质量的厄米-高斯(HG)光束,其中HG1,0、HG2,0、HG3,0、HG4,0和HG5,0的模式纯净度分别为93.9%、96.8%、76.6%、88.1%和85.3%。使用高斯光束偏移入射MPLC可实现六通道模式分离,最大串扰为-11.9 dB。所提的厄米-高斯光束模式整形和分离技术有望应用到空间小位移测量和超分辨成像中。

关键词：量子光学空间光调制器厄米-高斯光束模分复用光束整形

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温度弱敏感光纤高温压力传感器

物理学报 2024年第1期73卷 218-226页

作者：王伟李金洋毛国培杨艳高志强马骢钟翔雨史青北京遥测技术研究所北京100076

针对高温压力测量需求,提出了一种温度弱敏感的光纤微机械电子(MEMS)压力传感技术.该技术采用非本征光纤法布里-珀罗干涉模型,利用MEMS压力敏感膜片对干涉光信号进行被动调制,进而实现压力信号测量.通过仿真计算热应力和材料自身热膨胀... 详细信息

针对高温压力测量需求,提出了一种温度弱敏感的光纤微机械电子(MEMS)压力传感技术.该技术采用非本征光纤法布里-珀罗干涉模型,利用MEMS压力敏感膜片对干涉光信号进行被动调制,进而实现压力信号测量.通过仿真计算热应力和材料自身热膨胀引入的温度寄生响应来分析温度信号对膜片位移的影响.在此基础上结合亚微米级白光干涉响应技术和低热应力封装工艺,研制了高温压力传感器样机.实验测试结果表明,在20—400℃范围内,可满足0—100 kPa压力测量,由温度变化引入测量误差低于4%.

关键词：高温光纤压力传感法布里-珀罗干涉微机械电子芯片

BP神经网络和PLS方法在TDLAS定量分析混合气体中的对比研究

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量子光学学报 2024年第2期30卷 82-91页

作者：张悦李勇李泽兵邬金妮赵刚马维光山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室山西百太原030006

在基于激光吸收光谱技术的痕量气体检测过程中,不同气体光谱重叠现象会对提取吸收光谱真实特征造成影响,引入反演浓度的误差。设计了结合多通道池和直接吸收光谱技术的痕量气体检测装置,分别应用BP神经网络和偏最小二乘法(PLS)消除干扰... 详细信息

在基于激光吸收光谱技术的痕量气体检测过程中,不同气体光谱重叠现象会对提取吸收光谱真实特征造成影响,引入反演浓度的误差。设计了结合多通道池和直接吸收光谱技术的痕量气体检测装置,分别应用BP神经网络和偏最小二乘法(PLS)消除干扰,使用模拟光谱对BP神经网络模型和PLS模型进行训练,从而大大简化了训练过程。为了保证模拟光谱的准确性,利用F-P腔的透射峰进行定标,获取了准确的激光波长变化,继而带入模拟过程。使用实测的光谱数据作为测试集,得到系统对浓度响应的线性拟合度大于0.99,误差小于0.21%。最后,分析了etalon噪声对两种算法的影响,结果表明,PLS模型的浓度误差小于4.4×10^(-7),比基于BP神经网络模型的结果优5倍以上。

关键词：可调谐二极管激光吸收光谱 BP神经网络偏最小二乘法