基于Fabry-Perot标准具的高精度波长实时监测方法研究

1

作者 林雨晴 夏滑 +4 位作者 张志荣 孙鹏帅 吴边 李哲 蔡永军 《量子电子学报》 北大核心 2025年第2期187-195,共9页

在采用腔衰荡、腔增强等高精度激光吸收光谱技术进行气体测量时,激光器输出波长的稳定性直接关系到测量的准确度。因此,准确测定激光器波长对高灵敏激光吸收光谱技术具有至关重要的作用。本文以腔衰荡吸收光谱中常采用的分布式反馈(DFB... 在采用腔衰荡、腔增强等高精度激光吸收光谱技术进行气体测量时,激光器输出波长的稳定性直接关系到测量的准确度。因此,准确测定激光器波长对高灵敏激光吸收光谱技术具有至关重要的作用。本文以腔衰荡吸收光谱中常采用的分布式反馈(DFB)激光器为例,搭建了一种基于法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)标准具的波长监测系统。该系统利用F-P标准具产生干涉事件,调节激光器驱动电流进行波长扫描,同时启用参考波长计,得到波长和干涉光强的函数关系,在后续测量中通过此函数关系反演波长信息。实验中采用中心波长为1653 nm的DFB激光器,F-P系统对其实现了1653.66160 nm至1653.77718 nm波段内的波长测量。对系统的测量结果与参考波长计的读数进行线性拟合,二者拟合度为0.9999,证明F-P波长监测系统的可靠性。为进一步验证系统的稳定性和测量精度,在激光器中心波长处进行了10 min的连续监测,结果表明,系统精度为±9.12×10^(-5)nm。本工作的开展对后续采用腔衰荡吸收光谱技术实现高精度大气背景及同位素气体测量具有积极的意义。 展开更多

关键词 激光技术 激光吸收光谱 法布里-珀罗标准具 波长监测 干涉光强 腔衰荡吸收光谱

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非均匀应变下FBG光谱传感特性实验研究

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作者 刘洪金 杨爽 +5 位作者 钱梦雪 彭云涛 张洋 孙苗 汤玉泉 张志荣 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期690-700,共11页

通过激光切割技术,加工带有通孔的悬臂梁结构来构建非均匀应变分布,从而研究光纤布拉格光栅(FBG)在非均匀应变分布下的光谱传感特性。首先仿真分析了悬臂梁表面应变分布情况,随后分别选取均匀FBG(UFBG)和切趾FBG(AFBG)敷设在通过开设通... 通过激光切割技术,加工带有通孔的悬臂梁结构来构建非均匀应变分布,从而研究光纤布拉格光栅(FBG)在非均匀应变分布下的光谱传感特性。首先仿真分析了悬臂梁表面应变分布情况,随后分别选取均匀FBG(UFBG)和切趾FBG(AFBG)敷设在通过开设通孔构建出的悬臂梁表面非均匀应变分布区域,开展了FBG传感特性实验研究。实验结果表明,随着悬臂梁自由端位移逐渐增加,两种FBG的中心波长和带宽逐渐增大,峰值功率和边模抑制比逐渐降低,但仅中心波长与位移变化具有良好的线性度,位移灵敏度分别为0.1298 nm/mm和0.1582 nm/mm。相对而言,UFBG的反射光谱对非均匀应变分布的变化更为敏感,这对光谱形状传感是有益的。AFBG则表现出一定的抑制或免疫作用,这对中心波长传感是有益的。最后,为了提高灵敏度和实现温度补偿,选取双FBG传感法进行位移测量,测量结果表明双UFBG光谱带宽随位移变化的灵敏度可达0.2826 nm/mm,双AFBG中心波长差随位移变化的灵敏度可达0.3142 nm/mm。 展开更多

关键词 光纤光学 光纤光栅 非均匀应变 悬臂梁 位移测量

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新型红外非线性硒镓钡多晶的合成与提纯研究

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作者 周强 王振友 +6 位作者 吴海信 黄昌保 倪友保 余学舟 胡倩倩 刘国晋 魏玲莉 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期822-829,共8页

硒镓钡晶体(BaGa_(4)Se_(7),BGSe)是目前广受关注的一种新型红外非线性晶体。本文分别采用双温区法和高压辅助法合成硒镓钡多晶原料,并设计大温度梯度快速提纯方法对合成后的多晶料进行提纯。通过粉末X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子... 硒镓钡晶体(BaGa_(4)Se_(7),BGSe)是目前广受关注的一种新型红外非线性晶体。本文分别采用双温区法和高压辅助法合成硒镓钡多晶原料,并设计大温度梯度快速提纯方法对合成后的多晶料进行提纯。通过粉末X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和X射线能谱仪(EDS)对提纯前后的BGSe多晶的物相组成和杂质浓度进行了表征。X射线衍射谱与理论模拟图谱结果一致,无杂峰;ICP-MS等测试结果表明,提纯后晶锭中的Fe、Al等金属杂质以及O杂质含量均得到明显降低。本工作可为高品质单晶生长提供原料基础。 展开更多

关键词 材料 多晶合成 双温区法 高压辅助法 大温度梯度提纯 红外非线性晶体

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分布式光纤传感技术研究和应用的现状及未来 被引量：21

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作者 张旭苹 张益昕 +19 位作者 王亮 余贶琭 刘波 尹国路 刘琨 李璇 李世念 丁传奇 汤玉泉 尚盈 王奕首 王晨 王峰 樊昕昱 孙琪真 谢尚然 吴慧娟 吴昊 王花平 赵志勇 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期3-65,共63页

我国大型基础设施的建设规模已多年位居世界之首,分布式光纤传感技术(DOFS)作为大型基础设施健康状态实时监测最有潜力的技术,近年来得到了迅速发展。针对DOFS在技术和应用的突破上面临的挑战,在介绍DOFS各技术基本工作原理、发展历史... 我国大型基础设施的建设规模已多年位居世界之首,分布式光纤传感技术(DOFS)作为大型基础设施健康状态实时监测最有潜力的技术,近年来得到了迅速发展。针对DOFS在技术和应用的突破上面临的挑战,在介绍DOFS各技术基本工作原理、发展历史、现状以及典型应用原理和方案等的基础上,对其工作新机理、系统设计方案、研究发展方向等进行了阐述和讨论。 展开更多

关键词 光纤光学 分布式光纤传感技术 光时域反射仪 光频域反射仪 干涉型分布式光纤传感

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机器学习在晶体生长中的应用研究进展

5

作者 杨明亮 王瑞仙 +4 位作者 孙贵花 王小飞 窦仁勤 何異 张庆礼 《硅酸盐学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2412-2424,共13页

制备大尺寸优质晶体是材料领域的重要课题,当前晶体生长仍十分依赖于技术人员的生长经验,耗时长,成本高,导致研制进度十分缓慢。随着计算机科学的发展,机器学习有望加快大尺寸晶体生长工艺的探索速度。本文概述了机器学习在晶体生长中... 制备大尺寸优质晶体是材料领域的重要课题,当前晶体生长仍十分依赖于技术人员的生长经验,耗时长,成本高,导致研制进度十分缓慢。随着计算机科学的发展,机器学习有望加快大尺寸晶体生长工艺的探索速度。本文概述了机器学习在晶体生长中的应用,重点介绍了进化算法和神经网络算法,并概括了国内外相关领域的研究成果。在晶体结构预测方面,已成功开发出晶体结构预测软件,如Crystal Structure Prediction Network(CRYSPNet)、Universal Structure Predictor:Evolutionary Xtallography(USPEX)和Crystal structure AnaLYsis by Particle Swarm Optimization(CALYPSO)。在晶体生长条件优化方面,机器学习已成功用于铸锭炉热场优化、Si C、YAG、Si单晶温场以及生长工艺参数优化,取得了显著的效果。在晶体生长控制方法方面,机器学习已成功改进了激光晶体、Si单晶的直径控制,并在Si单晶晶体质量控制以及模型的自适应控制方法方面也取得了一定的进展。机器学习具有高精度、高效率的特点,可避开复杂的物理化学过程,通过从大量数据中挖掘信息和规律,实现晶体结构预测、晶体生长条件优化以及晶体生长精准控制。但机器学习在晶体生长中的应用也面临诸多挑战,包括大尺寸多元复杂体系的晶体结构预测、模型物理解释和数据处理、晶体生长过程的物理机制和控制规律以及多因素的耦合和复杂系统的模拟等。 展开更多

关键词 计算机科学 机器学习 晶体生长 结构预测

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基于量子级联中红外耦合的空芯光波导N_(2)O、CO温室气体测量研究

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作者 杨曦 夏滑 +4 位作者 张志荣 庞涛 黄文彪 吴边 孙鹏帅 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期305-312,共8页

空芯光波导是一种新型的光纤形式,由于内芯中空,可以作为气体测量吸收池,目前在激光吸收光谱技术中得到广泛应用。基于长度为5 m的空芯光波导,使用中心波长为4.56μm的量子级联激光器,结合波长调制技术,搭建了一套中红外激光吸收光谱双... 空芯光波导是一种新型的光纤形式,由于内芯中空,可以作为气体测量吸收池,目前在激光吸收光谱技术中得到广泛应用。基于长度为5 m的空芯光波导,使用中心波长为4.56μm的量子级联激光器,结合波长调制技术,搭建了一套中红外激光吸收光谱双气体传感系统,用于同时检测N_(2)O与CO气体。分别从二次谐波背景噪声与信噪比两个角度分析了不同耦合方式的效果。经过比较,选择了透镜聚焦耦合的方式。实验结果表明,二次谐波信号的峰值与浓度之间存在良好的线性关系,在积分时间为74 s与75 s时,N_(2)O和CO的检测限可分别达到1.8×10^(-9)、1.39×10^(-10)。该系统可满足大气中N_(2)O与CO的测量要求,对于评估大气中气体浓度变化有着重要的意义。 展开更多

关键词 激光吸收光谱 空芯光波导 量子级联激光器 氧化亚氮 一氧化碳

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基于片状光束扫描的激光晶体内在缺陷表征方法

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作者 钱梦雪 张志荣 +2 位作者 王华东 张庆礼 孙彧 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第2期238-245,共8页

大尺寸激光晶体是高功率全固体激光器的关键组成部分,然而晶体生长过程中不可避免会产生气泡、包裹物等缺陷,影响激光器性能。为了快速、有效地评价晶体缺陷,本文搭建了基于片状光束扫描的晶体缺陷三维成像系统。系统中利用鲍威尔棱镜对... 大尺寸激光晶体是高功率全固体激光器的关键组成部分,然而晶体生长过程中不可避免会产生气泡、包裹物等缺陷,影响激光器性能。为了快速、有效地评价晶体缺陷,本文搭建了基于片状光束扫描的晶体缺陷三维成像系统。系统中利用鲍威尔棱镜对532 nm的点状激光进行整形以获取片状激光,通过远心镜头和CMOS探测器获取晶体缺陷产生的散射光,从而获取晶体缺陷的面分布情况,同时利用高精度位移平台进行面阵的逐一扫描,完成晶体的三维立体分布扫描。进一步结合数字图像处理技术,表征晶体缺陷的面分布特征,并重构晶体缺陷的体分布特征。基于上述系统对尺寸约为50 mm×50 mm×100 mm的Yb∶YAG晶体内在缺陷进行测量,最小缺陷检测分辨率能够达到38.69μm。本文为准确表征晶体的内在缺陷提供了新方法,同时也为晶体坯料的后期高精度加工提供了可视化的数据支撑。 展开更多

关键词 晶体缺陷 三维成像 鲍威尔棱镜 片状光束 图像处理

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基于双楔形扫描镜的甲烷气体光谱成像方法

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作者 王夏春 张志荣 +5 位作者 蔡永军 孙鹏帅 庞涛 夏滑 吴边 郭强 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期145-154,共10页

随着我国油气管道铺设数量的增加,对管道的维护工作也需予以更多的重视.目前,在油气输送站场内,主要采用人工巡检、对射式和云台式检测设备来检测天然气泄漏.但是这些方法存在响应度差、检测区域受限、泄漏点定位较慢等问题.为了满足对... 随着我国油气管道铺设数量的增加,对管道的维护工作也需予以更多的重视.目前,在油气输送站场内,主要采用人工巡检、对射式和云台式检测设备来检测天然气泄漏.但是这些方法存在响应度差、检测区域受限、泄漏点定位较慢等问题.为了满足对油气管道泄漏实时监测和快速定位的需求,本文设计了一种快速、精确控制的双楔形扫描镜系统,结合可调谐半导体激光吸收光谱技术,使得气体测量由原来的点测量转换为面测量.通过反解迭代优化算法,控制楔形镜的转角获得高效均匀的光束扫描轨迹,并将激光束的偏转方向及检测位置与对应的甲烷浓度信息相融合,构建了包含有位置信息的甲烷浓度数据,实现甲烷气体的光谱成像.实验中为了定量验证测量准确度及空间分辨率,通过标准气袋模拟甲烷泄漏分布,结果表明系统的成像浓度检测限小于500 ppm·m(1 ppm=10^(–6)),位置分辨率小于6 cm.同时该方法可以依据油气站场的测量距离调节扫描步进节点,从而实现成像分辨率的可调节,该成像方法为精确定位甲烷气体泄漏提供了新的思路. 展开更多

关键词 激光吸收光谱 甲烷气体检测 双楔形扫描镜 气体成像

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烷烃类混合气体测量中宽谱干扰抑制解析方法研究

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作者 彭云涛 张志荣 +7 位作者 夏滑 蔡永军 孙鹏帅 王前进 王夏春 庞涛 吴边 刘旭 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期277-287,共11页

随着我国油气管网铺设里程的增加以及城市燃气管网的广泛使用,油气管道泄漏成为研究的热点问题。油气泄漏产生的气体挥发物的主要成分除了甲烷以外,还包括丙烷和丁烷等标志性气体,精确测量它们的体积分数可以弥补甲烷单一测量的不足,具... 随着我国油气管网铺设里程的增加以及城市燃气管网的广泛使用,油气管道泄漏成为研究的热点问题。油气泄漏产生的气体挥发物的主要成分除了甲烷以外,还包括丙烷和丁烷等标志性气体,精确测量它们的体积分数可以弥补甲烷单一测量的不足,具有非常重要的安全指导价值和环保意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的光谱选择性、快速响应、高测量精度等优点,笔者选取近红外波段1685.9~1686.8 nm,同时测量了丙烷和丁烷的直接吸收与二次谐波信号,并利用偏最小二乘回归算法建立体积分数预测模型,有效提高了测量灵敏度和测量极限。该模型可以探测混合气体中体积分数低至168×10^(-6)(为丙烷爆炸下限的0.8%)的丙烷以及体积分数低至171×10^(-6)(为丁烷爆炸下限的0.9%)的丁烷。对于混合气体中丙烷和丁烷体积分数在100×10^(-6)~800×10^(-6)范围内的实验组,丙烷的预测最大绝对误差为34×10^(-6),丁烷的预测最大绝对误差为51×10^(-6);对于混合气体中丙烷和丁烷体积分数在2000×10^(-6)~10000×10^(-6)范围内的实验组,丙烷的预测最大绝对误差为64×10^(-6),丁烷的预测最大绝对误差为148×10^(-6)。误差均控制在爆炸下限的3%以下。为了进一步验证实验系统的稳定性,在高低体积分数下分别持续记录了30 min的光谱信号并进行了体积分数反演,所建立的模型在保证测量精度的同时具有较好的动态稳定性,可以满足油气管道泄漏检测的实际要求。 展开更多

关键词 光谱学 可调谐二极管激光吸收光谱 油气管道泄漏 烷烃类混合气 偏最小二乘回归

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DTS传感主机智能云监控系统的设计与实现

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作者 张洋 胡洲畅 +4 位作者 杨爽 孙苗 庞涛 汤玉泉 张志荣 《电子器件》 CAS 2024年第4期877-883,共7页

分布式光纤温度传感(Distributed optical fiber Temperature Sensing system,DTS)技术采用通信光纤本身作为传感和信号传输介质,由于可以实现大范围高精准度的温度测量,在众多领域获得广泛应用。针对分布式光纤温度传感主机在野外长期... 分布式光纤温度传感(Distributed optical fiber Temperature Sensing system,DTS)技术采用通信光纤本身作为传感和信号传输介质,由于可以实现大范围高精准度的温度测量,在众多领域获得广泛应用。针对分布式光纤温度传感主机在野外长期使用过程中面临的智能管控能力的不足,采用STM32F429处理器为核心,设计了应用于DTS的远程云监控模块,以实现低功耗、全时监控、长效检测能力的提升。系统软件部分采用直接存储器访问(DMA)的方式搬运数据,结合RS-232、单总线、SPI协议及4G无线通信进行数据传输,并利用数据预处理算法实现了异常变化温度数据准确上传,并大大减少数据通信流量。模块的电源管理功能可实现电池续航时间提高3.7倍~6.6倍,整体功耗小于12 W。户外长期测试结果表明,基于STM32的DTS远程云监控模块具备工作稳定、数据完整、功耗低等优势,提升了DTS传感主机野外应用的可靠性。 展开更多

关键词 分布式光纤测温 嵌入式系统 远程控制 低功耗

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基于拉曼散射光动态校准的分布式光纤温度传感系统 被引量：7

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作者 孙苗 杨爽 +3 位作者 汤玉泉 赵晓虎 张志荣 庄飞宇 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第20期25-31,共7页

分布式光纤温度传感(distributed temperature sensor,DTS)系统进行温度测量时,参考光斯托克斯光强度随着温度的升高而增大,使信号光反斯托克斯光与参考光斯托克斯光强度的比值减小,测量温度小于真实温度,降低系统的测温准确度.本文提... 分布式光纤温度传感(distributed temperature sensor,DTS)系统进行温度测量时,参考光斯托克斯光强度随着温度的升高而增大,使信号光反斯托克斯光与参考光斯托克斯光强度的比值减小,测量温度小于真实温度,降低系统的测温准确度.本文提出并实验验证了一种新的动态校准法修正斯托克斯光信号,可有效减小斯托克斯光导致的测温误差,提高系统的测温准确度.该方法根据参考光纤中的实时斯托克斯光强分布,模拟出对应的整条光纤在参考温度环境中的斯托克斯光强度曲线,实现斯托克斯光的温度响应修正.实验结果表明,与传统温度解调方法相比,分布式光纤温度传感系统进行斯托克斯光动态校准后测温准确度最高提升4.3℃.与瑞利噪声抑制法联用后,测温准确度提高8.9℃.本研究为DTS系统进行高温环境温度监测提供了一种新的解决方案. 展开更多

关键词 分布式光纤温度传感 斯托克斯散射光 校准 测温准确度

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基于跨波长调制和直接吸收光谱的宽量程多气体检测方法 被引量：6

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作者 赵晓虎 孙鹏帅 +4 位作者 张志荣 王前进 庞涛 孙苗 庄飞宇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期82-91,共10页

针对可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)在煤矿、石油化工领域进行气体浓度检测时,遇到的高精度、宽动态范围需求,采用时分复用的方法,将直接吸收光谱技术(Direct Absorption Spectrosco... 针对可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)在煤矿、石油化工领域进行气体浓度检测时,遇到的高精度、宽动态范围需求,采用时分复用的方法,将直接吸收光谱技术(Direct Absorption Spectroscopy,DAS)和波长调制光谱(Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS)技术的优势相结合,完成了高精度、宽量程和免标定多气体检测系统的设计。设计激光器的驱动为线性扫描输出和叠加不同高频调制扫描输出的周期信号,用于完成高低浓度反演算法的时分复用计算,通过实验优化选择检测气体的吸光度拐点,实现对气体浓度的高精度、宽量程检测。在室温和常压下,通过实验分别对CH_(4)、CO和C_(2)H_(2)三种气体体积浓度进行检测,确定了两种算法最佳拐点吸光度约为0.026 cm^(-1)。系统对CH_(4)、CO和C_(2)H_(2)三种气体体积浓度的检测量程分别为0~100%、0~5 000×10^(-6)和0~1 000×10^(-6),其最小体积浓度检测限分别为2.27×10^(-4)、0.21×10^(-6)、1.68×10^(-6),且在量程内的测量结果准确度优于现行的煤矿行业标准。实验结果表明:该方法能够满足工业现场实际应用的需求,有利于拓展激光吸收光谱技术在工业过程、安全等领域的应用。 展开更多

关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术 直接吸收光谱 波长调制光谱 宽动态范围

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混合气体测量中重叠吸收谱线交叉干扰的分离解析方法 被引量：3

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作者 王前进 孙鹏帅 +6 位作者 张志荣 张乐文 杨曦 吴边 庞涛 夏滑 李启勇 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第14期157-166,共10页

在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)进行多种组分混合气体测量时,经常会遇到吸收谱线之间存在相互干扰的现象,这也是使用该技术测量过程中的主要“瓶颈”.比如在前期的应用中:微... 在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)进行多种组分混合气体测量时,经常会遇到吸收谱线之间存在相互干扰的现象,这也是使用该技术测量过程中的主要“瓶颈”.比如在前期的应用中:微量一氧化碳(CO)和甲烷气体(CH_(4))在同时检测时两者的吸收谱线存在严重的重叠干扰现象,特别是在高浓度CH_(4)存在的环境下,微量CO气体吸收信号会被干扰甚至湮没,无法实现有效解调,这是通过谱线选取所不能解决的问题.因此,针对此问题本文提出了基于支持向量回归模型,以CO和CH_(4)吸收谱线的严重重叠干扰问题为例,通过选择线性核函数建立CO支持向量回归模型和CH_(4)支持向量回归模型,可对CO和CH_(4)的混合气体吸收谱线进行解调,最终获得两种气体浓度的准确测量结果.通过实验分别实现了四种不同浓度CH_(4)环境下微量CO气体的检测,得到的CO和CH_(4)浓度(气体的体积分数)测量的绝对误差分别小于2×10^(-6)和0.2×10^(-2);通过不同浓度的固定配比实验分析,CO和CH_(4)气体的测量值与实际值之间的相关系数分别达到了0.998和0.9995,且CO和CH_(4)气体测量结果的绝对误差分别不超过2×10^(-6)和0.1×10^(-2),完全满足了混合气体的精确测量,为实现多场合混合气体目标的实时监测提出了解决方案. 展开更多

关键词 可调谐二极管激光吸收光谱 混合气体 谱线重叠 支持向量回归

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Yb,Ho,Pr:GYTO晶体生长、结构及光谱性能(特邀)

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作者 何異 窦仁勤 +5 位作者 张昊天 刘文鹏 张庆礼 陈迎迎 高宇茜 罗建乔 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第12期209-216,共8页

首次采用提拉法成功生长出了新型中红外激光晶体Yb,Ho,Pr:GYTO,采用X射线Rietveld精修方法得到了晶体的结构参数。测量了Yb,Ho,Pr:GYTO晶体(100)、(010)和(001)衍射面的X射线摇摆曲线,衍射峰的半峰宽分别为0.036°、0.013°和0.... 首次采用提拉法成功生长出了新型中红外激光晶体Yb,Ho,Pr:GYTO,采用X射线Rietveld精修方法得到了晶体的结构参数。测量了Yb,Ho,Pr:GYTO晶体(100)、(010)和(001)衍射面的X射线摇摆曲线,衍射峰的半峰宽分别为0.036°、0.013°和0.077°,表明生长出的晶体是单晶并且具有较高的结晶质量。采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法测定了Yb,Ho,Pr:GYTO晶体中Yb^(3+)、Ho^(3+)、Pr^(3+)和Y^(3+)的浓度,Yb,Ho,Pr:GYTO晶体中Yb^(3+)、Ho^(3+)、Pr^(3+)和Y^(3+)的有效分凝系数分别为0.624、1.220、1.350和0.977。测量了Yb,Ho,Pr:GYTO晶体室温下的极化吸收谱,并指认了相应的能级吸收跃迁。940 nm半导体激光器激发的2.9μm荧光光谱表明,最大发射波长为2908 nm。此外,还论证了GYTO中YbHo-Pr的能量传递机制。与Ho:GYTO晶体相比,Yb,Ho,Pr:GYTO晶体的^(5)I_(7)能级寿命降低了87.13%,与上能级^(5)I_(6)的寿命相近,说明Yb,Ho,Pr:GYTO晶体更容易实现粒子数反转和激光输出。 展开更多

关键词 YB HO Pr:GYTO 晶体生长 光谱 寿命

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基于石英玻璃掺铥光纤的单纵模DBR光纤激光器的研制 被引量：3

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作者 陈雨君 姚波 +2 位作者 刘昊炜 魏珊珊 毛庆和 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期56-61,共6页

研制了一种具有频率调谐功能的2µm波段分布Bragg反射(DBR)型单纵模光纤激光器。该激光器基于石英玻璃单模掺铥光纤和793 nm半导体激光器泵浦源,其光电器件分离集成在1U机箱内。通过内置压电陶瓷(PZT),可实现对激光频率的快速调谐,... 研制了一种具有频率调谐功能的2µm波段分布Bragg反射(DBR)型单纵模光纤激光器。该激光器基于石英玻璃单模掺铥光纤和793 nm半导体激光器泵浦源,其光电器件分离集成在1U机箱内。通过内置压电陶瓷(PZT),可实现对激光频率的快速调谐,调谐范围约6 GHz;通过TEC温度控制,可实现对激光频率在29 GHz范围内无跳模调谐。单纵模激光输出功率为18.2 mW,输出激光信噪比大于60 dB,泵浦转换效率达27%。该激光器样机可望在高分辨光谱、量子信息以及非线性频率变换等领域发挥重要作用。 展开更多

关键词 激光技术 光纤激光器 单纵模 激光频率调谐

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光电反馈抑制DBR单纵模光纤激光器的弛豫振荡噪声 被引量：1

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作者 刘元煌 魏珊珊 +2 位作者 陈雨君 姚波 毛庆和 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期677-683,共7页

报道了使用光电反馈法对1.5μm分布式布拉格反射(DBR)单纵模光纤激光器强度噪声的抑制结果。通过分析光纤激光器的泵浦扰动到激光输出功率波动的传递函数,发现其相频响应在弛豫振荡频率处有180°相位突变。因此,依据已有的商用比例... 报道了使用光电反馈法对1.5μm分布式布拉格反射(DBR)单纵模光纤激光器强度噪声的抑制结果。通过分析光纤激光器的泵浦扰动到激光输出功率波动的传递函数,发现其相频响应在弛豫振荡频率处有180°相位突变。因此,依据已有的商用比例积分(PI)控制电路设计并构建了一阶移相网络,在弛豫振荡频率处提供45°超前相位以补偿该频率处的相位突变。采用该反馈控制系统,可将激光器的弛豫振荡峰由−95 dB/Hz降至−125 dB/Hz,抑制幅度高达30 dB。抑制后的光纤激光器有望在精密测量等应用中发挥重要作用。 展开更多

关键词 激光技术 弛豫振荡噪声 光电反馈 单纵模 光纤激光器

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基于窄带耗散孤子Figure-9光纤振荡器和单级单模光纤放大器的皮秒脉冲光纤前端

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作者 张震 段典 +4 位作者 陈雨君 魏珊珊 马金栋 姚波 毛庆和 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期476-482,共7页

报道了一种基于Figure-9光纤振荡器和单级单模光纤放大器的皮秒脉冲光纤前端。通过优化光纤振荡器腔内光纤长度,获得了中心波长约为1064 nm、重复频率10 MHz、脉冲能量0.4 nJ的自启动单脉冲锁模窄带耗散孤子皮秒脉冲;通过优化光纤放大... 报道了一种基于Figure-9光纤振荡器和单级单模光纤放大器的皮秒脉冲光纤前端。通过优化光纤振荡器腔内光纤长度,获得了中心波长约为1064 nm、重复频率10 MHz、脉冲能量0.4 nJ的自启动单脉冲锁模窄带耗散孤子皮秒脉冲;通过优化光纤放大器的增益光纤长度,对光纤振荡器产生的21.07 ps脉冲进行单级单模光纤放大后,脉冲能量达10 nJ时的脉冲光谱依然呈钟形结构,3 dB谱宽和脉宽分别为0.31 nm和19.8 ps,该皮秒脉冲光纤前端有望在精密加工等领域发挥重要作用。 展开更多

关键词 激光技术 锁模光纤激光器 脉冲能量 非线性相移

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基于光功率放大离轴腔增强光谱技术的甲烷碳同位素测量 被引量：1

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作者 余润磬 夏滑 +3 位作者 孙鹏帅 庞涛 吴边 张志荣 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期271-280,共10页

使用中心波长为1658.7 nm的可调谐半导体分布反馈式(DFB)激光器,基于离轴积分腔光谱(OA-ICOS)技术,对激光器调谐范围内的甲烷稳定碳同位素分子13CH4和12CH4的光谱进行同时测量。选取光纤耦合助推光放大器(BOA)实现激光器输出光功率的有... 使用中心波长为1658.7 nm的可调谐半导体分布反馈式(DFB)激光器,基于离轴积分腔光谱(OA-ICOS)技术,对激光器调谐范围内的甲烷稳定碳同位素分子13CH4和12CH4的光谱进行同时测量。选取光纤耦合助推光放大器(BOA)实现激光器输出光功率的有效放大,在保证积分腔的模式噪声不变的情况下,提高了探测器的可探测光功率,显著增加了有效光程长度,进一步提高了测量结果的信噪比。最后,通过对体积分数为500×10^(-6)的CH4标准气体进行长时间测量,当平均时间达到663 s时,同位素δ(13C)的探测极限达到0.56‰。该技术可为大气环境下甲烷中碳稳定同位素的测量提供参考。 展开更多

关键词 光谱学 光功率放大器 离轴积分腔输出光谱技术 甲烷 碳同位素

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基于波长调制光谱非线性特征的气体浓度宽量程检测方法 被引量：1

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作者 王前进 孙鹏帅 +5 位作者 张志荣 蔡永军 黄文彪 庞涛 夏滑 吴边 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期206-212,共7页

针对石油化工、煤矿安全等领域对气体浓度宽量程检测的需求,对波长调制光谱检测气体浓度时的非线性特征进行了研究,提出仅用波长调制方法实现气体浓度的宽动态范围测量。该方法根据激光吸收光谱技术原理,对吸收项及其泰勒展开式进行分析... 针对石油化工、煤矿安全等领域对气体浓度宽量程检测的需求,对波长调制光谱检测气体浓度时的非线性特征进行了研究,提出仅用波长调制方法实现气体浓度的宽动态范围测量。该方法根据激光吸收光谱技术原理,对吸收项及其泰勒展开式进行分析,在小吸收度时采用线性近似,在大吸收度时采用三次多项式近似。并且使用甲烷气体(CH_(4))作为实验对象,搭建了CH_(4)检测系统,验证了该方法在气体浓度宽量程检测方面的可行性。经过实验验证,该方法能够实现4个数量级大跨度范围(1.5×10^(-6)~10000×10^(-6))的CH_(4)检测。对阈值为1000×10^(-6)(在3 m有效光程下吸收度为0.0236)以下和以上的气体体积分数分别进行检测,反演浓度和标准浓度之间均表现出良好的相关性,拟合优度均大于0.999。另外,在吸收度大于0.0236的范围内,该方法的最大测量相对误差为0.93%,绝对误差为-92.1×10^(-6)。为了验证其稳定性,对体积分数为5000×10^(-6)(吸收度为0.118)的CH_(4)进行长时间测量,并统计其反演浓度的高斯分布,经过计算得到其半峰半宽为15.9×10^(-6)。实验证明该方法突破了传统波长调制光谱只能测量低浓度的局限,在宽量程检测中获得了良好的检测结果,为气体浓度宽量程检测提供了一种新思路,同时也大大拓宽了波长调制光谱的应用范围。 展开更多

关键词 光谱学 波长调制光谱 非线性特征 甲烷气体(CH_(4)) 宽量程检测

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基于标定直接吸收光谱方法的近红外乙烯检测

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作者 王前进 孙鹏帅 +5 位作者 张志荣 蔡永军 黄文彪 庞涛 夏滑 吴边 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期267-274,共8页

实现乙烯气体(C_(2)H_(4))实时在线精确检测对石油化工、煤矿等行业安全具有重要意义,但是C_(2)H_(4)在近红外波段的谱线强度信息不明确,具有谱带吸收特征,且与CH4有明显的混叠干扰,因此对其浓度进行精确检测是目前激光吸收光谱测量面... 实现乙烯气体(C_(2)H_(4))实时在线精确检测对石油化工、煤矿等行业安全具有重要意义,但是C_(2)H_(4)在近红外波段的谱线强度信息不明确,具有谱带吸收特征,且与CH4有明显的混叠干扰,因此对其浓度进行精确检测是目前激光吸收光谱测量面临的共性技术难题。将波长调制光谱中的标定方法与直接吸收光谱相结合,提出了一种适用于C_(2)H_(4)气体检测的标定直接吸收光谱法(CDAS)。该方法不需要激光吸收光谱反演过程中的确切谱线强度信息,并克服了波长调制光谱在测量过程中出现的非线性效应。为了避免特定工况(如煤矿)中CH_(4)的干扰,实验装置采用了高精度压强控制系统,并且在100 mbar(1 bar=105 Pa)稳定压强下实现了CH_(4)和C_(2)H_(4)混叠光谱的分离。实验过程中对1626 nm附近的CH_(4)和C_(2)H_(4)仿真和实测吸收光谱进行了分析,确定了C2H4的标定光谱范围,进而验证了该方法在体积分数低于100×10^(-6)的范围内,对C2H4气体的检测误差不超过-1.47×10^(-6),并且测量体积分数与标准体积分数之间的线性拟合优度达到了0.999。对体积分数为10×10^(-6)的C2H4直接吸收光谱进行分析,以1倍信噪比对应的浓度作为检测下限进行等效计算,得到检测下限为1.38×10^(-6)。在Allan方差分析中,积分时间为77 s时检测精度达到了0.04×10^(-6)。以上实验结果充分说明了标定直接吸收光谱法能够在近红外波段实现C2H4的精确检测,并为此类气体的检测提供了一种新思路。 展开更多

关键词 光谱学 乙烯气体(C_(2)H_(4)) 近红外光谱 谱带吸收 标定直接吸收光谱 高精度压强控制

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