非线性光学激光加工技术中红外交叉光梳光谱切割技术
来源: 好利威激光   发布时间: 2023-09-12 13:08   606 次浏览   大小:  16px  14px  12px
激光切割加工为时域中的CCS。目标脉冲被本地脉冲取样产生和频脉冲,再与读取脉冲干涉,得到射频干涉图。对比典型的CCS干涉图和DCS干涉图可知:DCS干涉图的基线是延迟无关的,而CCS干涉图的基线是延迟相关的。不过,时域基线的延迟相关性可以通过平衡检测来消除

 

非线性光学激光加工技术中红外交叉光梳光谱切割技术的测量,测量结果具有较高的信噪比和品质因数。

图1(a)为CCS的原理图。中红外目标光梳(包含光谱信息)与本地近红外光梳通过二者之间的和频被上转换到近红外波段;近红外和频光梳再与频谱扩展后的本地光梳(读取光梳)干涉,从而将中红外波段的信息转移到近红外波段。如图1(b-d)所示,同一目标梳齿产生的多个和频梳齿与最近的读取梳齿的距离相同,因此它们被映射到相同的射频梳齿,从而建立起从中红外域到射频域的一一映射。对比有样品和无样品的结果,便可以得到样品的光谱响应信息。

图1(e)为时域中的CCS。目标脉冲被本地脉冲取样产生和频脉冲,再与读取脉冲干涉,得到射频干涉图。对比典型的CCS干涉图和DCS干涉图可知:DCS干涉图的基线是延迟无关的,而CCS干涉图的基线是延迟相关的。激光切割加工不过,时域基线的延迟相关性可以通过平衡检测来消除。

图1 CCS的原理[1]

图2(a-c)对比了CCS与另外两种上转换方法的探测效率和带宽。作者定义了一个功率增益函数G(ω),保持三种情况下G(ω)的带宽相同,连续波和EOS方法对应的G(ω)的最大值和总面积均不及CCS,这意味着CCS的增益能力在三者中最强。另外,EOS情况的G(ω)与目标频谱并不完全重叠,使得大部分带宽没有得到有效利用。

比较CCS和DCS干涉图中包含分子特征信息的自由感应衰减(free induction decay,FID)部分。如图2(d)所示,DCS中的弱FID信号位于强背景之上,而 CCS中的FID信号并没有额外的背景,说明CCS能够以“无背景”的方式检测FID,本质上不会像DCS一样受到较高光功率导致的探测饱和度或相对强度噪声带来的限制。如图2(e)所示,DCS中的背景占据了探测器动态范围的很大一部分,导致FID的动态范围很小;而CCS原则上可以利用探测器的全部动态范围。

图2 短脉冲CCS与其他双梳技术在检测效率、带宽、信噪比和动态范围方面的对比[1]

为了在实验中验证中红外CCS,作者测量了大气中的

 

(4.25 μm附近)。图3(a)为干涉图截图,图3(b)为某一段干涉图的放大图,图3(c)和图3(d)分别为中心聚集部分和FID部分的放大图。实验测量得到的信噪比比最新的EOS工作多了四倍以上、上转换效率比最近的连续波上转换DCS工作高出两个数量级以上。图3(e)是对498个连续干涉图进行傅里叶变换得到的频域结果,无样品情况下频谱的平均信噪比为28.9。图3(f)展示了分子吸收光谱的测量、理论和拟合结果。

图3 

 

的CCS实验结果[1]

图4对比了四种基于双梳的中红外光谱技术(DCS、连续波DCS、EOS和CCS)的基本原理和特点。实际上,CCS可被认为是频率转换双光梳的一般形式。连续波DCS和EOS本质上是CCS的两种特殊情况:前者是将本地光梳换成连续光,后者是用一个光梳同时发挥本地和读取两个光梳的作用。与直接的中红外DCS相比,CCS不需要第二个中红外光梳,也不需要中红外探测器,规避了中红外检测器性能较差这一问题

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