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基于固体介质的高次谐波和阿秒脉冲产生及应用

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中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 20-33页

作者：夏宇峰黄沛付玉喜中国科学院大学中国科学院西安光学精密机械研究所阿秒科学与技术研究中心

超短脉冲激光与物质的强场非微扰相互作用可以实现高次谐波产生(High-order Harmonic Generation,HHG),目前是阿秒脉冲产生的最有效途径,其研究范围已从气体扩展到固体材料. 2011年, Ghimire等人首次在Zn O固体中观察到非微扰区的透射... 详细信息

超短脉冲激光与物质的强场非微扰相互作用可以实现高次谐波产生(High-order Harmonic Generation,HHG),目前是阿秒脉冲产生的最有效途径,其研究范围已从气体扩展到固体材料. 2011年, Ghimire等人首次在Zn O固体中观察到非微扰区的透射高次谐波,为开发下一代集成化的极紫外阿秒光源提供了新的路径,也为探索凝聚态体系内部的超快动力学过程提供了新的研究手段.与气体介质相比,固体材料具有高密度、空间结构复杂等特点,其高次谐波的产生机制更为复杂.本文首先概述了固体高次谐波的独特性质,并展示了固体高次谐波与气体高次谐波的差异性.然后列举了固体高次谐波的应用场景,重点介绍了基于固体高次谐波产生阿秒脉冲的相关工作.最后分析了固体高次谐波现存的问题和未来的发展方向.

关键词：超快过程高次谐波超快光谱学阿秒科学

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上海超强超短激光实验装置研制进展——专访中国科学院上海光学精密机械研究所李儒新院士

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强激光与粒子束 2020年第1期32卷 2-4页

作者：《强激光与粒子束》编辑部李儒新不详中国科学院上海光学精密机械研究所

超强超短激光的发展与应用是国际激光科技的最新前沿与竞争重点领域。当前,超强超短激光正处于取得重大科技突破和开拓重大应用的关键阶段。而中国科学家可望在此领域取得重大突破并在世界上占有一席之地。这既是重大挑战,更是难得的机... 详细信息

超强超短激光的发展与应用是国际激光科技的最新前沿与竞争重点领域。当前,超强超短激光正处于取得重大科技突破和开拓重大应用的关键阶段。而中国科学家可望在此领域取得重大突破并在世界上占有一席之地。这既是重大挑战,更是难得的机遇。上海超强超短激光实验装置(SULF)作为我国正在建设的大科学装置之一,是上海建设具有全球影响力的科创中心、打造世界级重大科技基础设施集群的首批重大项目之一。

关键词：激光科技大科学装置中国科学院重大科技基础设施全球影响力科创中心研制进展关键阶段

光稀释效应对O_(2)近红外气辉星载测风的影响

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 160-169页

作者：李昊天李发泉李娟王后茂武魁军何微微烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071 中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 中国科学院国家空间科学中心北京100190

利用星载光谱成像干涉仪测量O_(2)(a^(1)Δ^(g))日辉的多普勒频移信息是目前实现全球临近空间大气风场探测的先进技术手段,观测谱线O 19 P 18(7772.030 cm^(-1))的多普勒频移,可以在40~80 km的空间区域进行高精度和高灵敏度的风速测量,... 详细信息

利用星载光谱成像干涉仪测量O_(2)(a^(1)Δ^(g))日辉的多普勒频移信息是目前实现全球临近空间大气风场探测的先进技术手段,观测谱线O 19 P 18(7772.030 cm^(-1))的多普勒频移,可以在40~80 km的空间区域进行高精度和高灵敏度的风速测量,然而其探测精度受大气散射的具体影响尚不明晰。文章旨在分析光稀释效应对临近空间大气风场探测的影响,并对其引起的测风误差进行定量评估。首先介绍了O_(2)(a^(1)Δ^(g))光谱和大气散射的光谱特性。采用最新的HITRAN光谱参数、光化学反应速率常数以及大气模型计算得到O_(2)(a^(1)Δ^(g))不同反应机制的贡献。结合光化学反应速率计算得到O_(2)(a^(1)Δ^(g))的体辐射率,并分析了太阳天顶角对体辐射率分布的影响,基于爱因斯坦系数和谱线强度分别计算得到O_(2)(a^(1)Δ^(g))在不同温度和自吸收效应条件下的光谱辐射模型,并分析了不同地理气象因素对大气散射光谱造成的影响。其次,介绍了临边观测多普勒非对称空间外差光谱仪(DASH)的测量技术原理,描述了如何去除大气散射分量以生成纯净的气辉干涉图,基于DASH仪器概念对获取干涉图像的正演过程进行了阐释。再次,针对反演问题引入了“剥洋葱算法”,在考虑自吸收效应和光稀释效应影响的情况下,消除了目标层上方大气层贡献,解决了干涉图像中目标层信息的提取问题。最后,通过误差分析得到了大气风场探测精度廓线及其随地理气象因素影响的变化规律,证明光稀释效应的存在降低了干涉图对比度并增加了测量噪声,这对临边观测权重和有效信噪比产生了不利影响。研究表明,在45~80 km的切线高度范围内,测风精度受大气散射的影响较小,其误差约为2~3 m·s^(-1);而在45 km以下,测风精度受光稀释效应的影响随海拔高度的降低而急剧增大,且受地表反照率、气溶胶和云量等因素的影响而显著升高,在同时考虑三种因素影响的情况下,其探测下限最低约为40 km。

关键词：临近空间光稀释效应测量精度大气风场光学仪器

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

不同腔结构下的声光调Q双包层光纤激光器特性研究

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物理学报 2008年第6期57卷 3525-3530页

作者：赵宏明楼祺洪周军董景星魏运荣王之江上海光学精密机械研究所

报道了半导体激光器端面抽运不同结构的声光调Q的双包层光纤激光器的脉冲输出特性.对前向、后向不同抽运方式的掺镱调Q双包层光纤激光器在输出平均功率,调Q脉冲宽度及脉冲稳定性进行了对比及讨论;其中后向抽运的光纤激光器,在10kHz重复... 详细信息

报道了半导体激光器端面抽运不同结构的声光调Q的双包层光纤激光器的脉冲输出特性.对前向、后向不同抽运方式的掺镱调Q双包层光纤激光器在输出平均功率,调Q脉冲宽度及脉冲稳定性进行了对比及讨论;其中后向抽运的光纤激光器,在10kHz重复频率调制下,获得了斜效率为60%的平均功率输出,其脉冲宽度为52ns,单脉冲能量为0·3mJ.最后利用不同抽运方式下的速率方程,理论分析调Q脉冲的特性,分析结果与实验相符.

关键词：双包层光纤激光器声光开关前向抽运后向抽运

中国科学院上海光学精密机械研究所鬼成像理论研究的若干进展(特邀)

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红外与激光工程 2021年第12期50卷 33-50页

作者：刘震涛胡晨昱童智申褚春艳韩申生中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室上海201800 国科大杭州高等研究院浙江杭州310024 北京理工大学光电学院北京市精密光电测试仪器与技术重点实验室北京100081

相比利用光场的一阶关联实现物空间与像空间一一对应的传统成像,鬼成像基于光场的二阶关联实现物空间与像空间的一一对应,从而获取物体图像信息。通过引入光场涨落调制和计算重构,鬼成像不仅可以具有更高的信息获取效率,而且提升了图像... 详细信息

相比利用光场的一阶关联实现物空间与像空间一一对应的传统成像,鬼成像基于光场的二阶关联实现物空间与像空间的一一对应,从而获取物体图像信息。通过引入光场涨落调制和计算重构,鬼成像不仅可以具有更高的信息获取效率,而且提升了图像信息获取方式的灵活性,能够具备传统成像所不具备的成像能力。随着鬼成像在系统优化及技术应用方面的进一步发展,对鬼成像理论也提出了新的要求和挑战。文中分别从鬼成像的物理本质、图像信息获取理论及理论分辨率研究三方面介绍了中国科学院上海光学精密机械研究所近期在鬼成像理论上的若干研究工作,并对今后鬼成像的理论研究工作进行了展望。

关键词：成像系统鬼成像压缩感知图像重建误差 Fisher信息衍射极限

“角度基准”中系统误差的修正杨进堂(中国科学院长春光学精密机械研究所

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光学精密工程 1997年第1期5卷 142-146页

作者：杨进堂中国科学院长春光学精密机械研究所

“圆光栅用于角度基准的研究”（角度基准）为国家提供了一台光、机、电、计算机相结合的仪器，它加工装调精细，又采用了许多高新技术，为高精度测角奠定了坚实基础。使用计算机误差修正技术，又进一步提高了仪器的测角精度。本文在分... 详细信息

“圆光栅用于角度基准的研究”（角度基准）为国家提供了一台光、机、电、计算机相结合的仪器，它加工装调精细，又采用了许多高新技术，为高精度测角奠定了坚实基础。使用计算机误差修正技术，又进一步提高了仪器的测角精度。本文在分析了分度基准和细分器产生系统误差的根源之后。

关键词：角度基准圆光栅系统误差修正光栅计量

基于Wassermann-Wolf方程的共形光学系统设计研究

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物理学报 2007年第10期56卷 5766-5771页

作者：李东熙卢振武孙强刘华张云翠长春光学精密机械与物理研究所

提出了基于多项式拟合Wassermann-Wolf曲面设计共形光学系统的设计方法,并给出了完整的设计结果.共形光学系统要求导弹整流罩具有流线型几何外观以减少空气阻力,其次考虑导引头的光学系统设计,所以共形整流罩引入的像差通常高达几十甚... 详细信息

提出了基于多项式拟合Wassermann-Wolf曲面设计共形光学系统的设计方法,并给出了完整的设计结果.共形光学系统要求导弹整流罩具有流线型几何外观以减少空气阻力,其次考虑导引头的光学系统设计,所以共形整流罩引入的像差通常高达几十甚至一百个波长量级,为导引头光学系统的设计带来了极大的困难.通过多项式拟合Wassermann-Wolf曲面提供共形光学系统初始结构,建立Zernike多项式特殊优化函数取代传统的光学系统评价函数,克服了用传统光学设计方法设计共形光学系统时系统评价函数收敛缓慢的问题,实现了共形光学系统的设计.设计结果表明,系统的调制传递函数在整个目标视场范围内达到了衍射极限.

关键词：共形光学 Wassermann-Wolf方程 Zernike多项式目标视场