空间光调制器用于多光束二维偏转的算法研究

提出一种采用光寻址液晶空间光调制器(LCSLM)作为二维激光分束和多光束偏转的无机械光束扫描系统,可对平行入射的激光光束分束、偏转,且只用1片LCSLM就能够对每一束光的方向和强度分别控制。采用G-S相位迭代算法来实现多光束可编程控制的相位模版的生成过程与仿真。先运用子孔径法在相位模版上生成所需要的相位分布作为初始值,然后采用GS相位迭代过程优化相位分布,使各子孔径中的相位分布渐次扩展到整个相位模版,其间还提出了改进的GS相位迭代算法,最后对计算所获相位分布进行反演模拟。结果表明:所提出的多光束二维偏转的算法能够满足应用需要,且改进的GS相位迭代算法能提高多光束偏转的衍射效率,优化光束光斑强度,降低光束的均方根误差。     

一种基于标量衍射的光束偏转调制相位计算方法

光学相控阵的激光光束偏转方法具有低功耗及精度高等特点,其光束控制的精度及效率较大程度由调制相位分布决定。以二维标量衍射理论为基础,从频谱频移的角度分析了光学相控阵实现光束偏转的原理,将光束偏转等价为冲激函数在频域的作用。根据冲激函数的逆傅里叶变换,得到了实现二维光束偏转时相控单元所需加载的调制相位,并分析了这种调制方法能够实现的最大光束偏转角和偏转效率。最后进行了仿真分析和实物实验,结果表明,该方法能够实现光束的连续偏转,利用本文调制方法实现光束偏转的偏转角度偏差小于0.2mrad,偏转效率与理想效率偏差小于10%,证明了由频移角度考虑光束偏转问题的正确性。     

基于空间光调制器的双目标同步光束跟瞄系统

传统的光束偏转技术由机械装置实现，然而机械装置具有机械惯性，会导致光束抖动。基于液晶空间光调制器（LCSLM）的新型光束偏转技术不仅能够克服机械惯性的缺陷，而且能够实现单光束输入、多光束输出，无需使用多个装置即可同时控制多光束偏转。为了实现多目标的光束跟瞄，本团队提出了一种基于多光束生成方法的多目标同步跟踪和瞄准方案，该方案将相机作为位置探测器，并使用LCSLM偏转光束对目标进行跟瞄。此外，本团队设计并搭建了双目标的同步光束跟踪和瞄准实验系统，当目标分别以2、3、4、5 mm/s的速度移动时，光束跟瞄的测量均方根误差分别为2.7045、5.6014、8.3823、11.9011μrad。此双目标跟瞄系统有望应用于激光通信网络的双光束跟踪中。     

基于相位型空间光调制器的光束控制技术研究

非机械伺服控制的液晶空间光调制器（LCSLM ）通过控制加载在每个像素上的电压能够实时调制波前相位实现光束偏转,基于菲涅耳透镜模型和闪耀光栅模型验证了光束偏转控制能力,包括偏转距离、衍射效率与不同模型参数之间的关系,入射光波长为1550 nm时,x轴或y轴可实现的最大偏转角度为6.96°(±3.48°),光束能够在光轴方向与二维平面偏移。针对光束的高速灵敏、精准和大角度的扫描应用需求,提出了基于LCSLM的光波前相位调控算法,通过计算需要补偿的相位建立相位变换模型并满足光束控制流程,设计并构建了基于LCSLM的光束偏转及扫描实验系统,实验结果表明光场中任意位置的光斑可在接收视场360°范围内灵活偏移控制。该研究对于自由空间无线光通信、光束敏捷控制、非机械式光束的捕获瞄准跟踪等领域具有重要的应用价值。     

液晶空间光调制器用于光束偏转控制的衍射效应

液晶空间光调制器(LC-SLM)能实现光束动态偏转,而它的像素结构以及相位回卷方法造成的衍射效应使其光效率降低.通过数值仿真和实验分析了像素结构造成的衍射效应,给出了像素填充因子和衍射效率的关系.利用256 pixel×256 pixel的液晶空间光调制器构建动态光束偏转实验装置,使入射光束偏转不同角度时测量远场光斑强度,得到衍射效率随光束偏转角的变化关系.理论分析与实验结果表明,填充比越小,像素结构造成的衍射效应越强,衍射效率降低;当填充比为0.85时衍射效率的测量值仅为51.3%.相位回卷方法使液晶空间光调制器形成类似闪耀光栅结构,随着光束偏转角度的增大,衍射效率降低.     

匹配高斯光束在双光子光折变介质中的自偏转

为了研究有外加电场的双光子光折变介质中匹配高斯光束的动态演化及自偏转特性,采用数值模拟的方法,给出了匹配高斯光束在晶体中的动态演化及自偏转图形。结果表明,对于给定的与双光子光折变介质参量匹配的高斯光束,在介质中能演化为稳定的孤子波;考虑扩散效应之后,匹配高斯光束的光束中心将发生自偏转;随着外加电场的增加,高斯光束的自偏转程度增加,当外加电场达到一定强度后,高斯光束的自偏转程度随着外加电场的增加反而减小;高斯光束的自偏转程度随着入射光强的变化关系与外加电场的情况相似。     

光纤激光相控阵光束扫描技术发展EI北大核心CSCD

光纤激光相控阵扫描技术是一种通过相位调制实现光束偏转的非机械式扫描技术,在激光加工、目标跟踪、自由空间光通信以及激光雷达等领域具有广泛的应用价值。文中概述了光纤激光相控阵光束扫描技术的基本原理和发展历程,重点阐述了光学相控阵动态扫描技术中的相位控制技术、空间扫描特征及性能提升方法,最后对光纤激光相控阵的发展趋势和应用前景进行了展望。     

液晶光调制器的调制特性及应用研究

重点对纯相位光调制器的特性及其在光束动态偏转系统中的应用进行了分析,并介绍了斜入射下纯相位光调制器的特性及新型无源液晶光调制器等液晶光调制器的新发展趋势。     

基于液晶空间光调制器的光束偏转控制

液晶空间光调制器(LCSLM)通过实时调制波前倾斜实现光束偏转,与传统的快反镜相比,具有非机械调制、体积小、功耗低、轻巧灵敏等优点,可应用于空间光通信中。简单介绍了液晶实现光束偏转的原理,并测试了LCSLM的调制特性,根据调制特性设计基于LCSLM的光束偏转闭环系统。实验结果表明LCSLM能有效地抑制光束抖动,使相对误差小于±1.75%。分析了LCSLM的衍射效率对于光束质量的影响及液晶响应速度、系统传输时延和算法复杂度对控制系统带宽的制约。     

提高声光偏转器空间分辨率的方法研究

由声光偏转器件（AOD）和四像限探测器（QD）组成的闭环光束跟瞄系统与以往的快速反射镜（FSM）和四像限探测器组成的跟瞄系统相比，具有带宽高、功耗低、重量轻、体积小、重复性好和控制简单可靠等优点。然而，随着控制光束偏转的超声波频率变化的加快，单声光偏转器件（SAOD）的空间分辨点数会随之下降，影响光束控制的精度。提出了一种新型的快速、非机械、高精度光束偏转方法，采用二级声光偏转器件（DAOD）进行光束控制，与一级声光控制器相比具有更快的光束控制速度，更高的空间分辨点数和更宽的扫描范围，可以显著提高光束跟踪的速度和精度。同时还提出了一种求静态和动态分辨点数的方法，并与实验数据进行了比较、分析。     

偶数束亚波长Dammann光栅结构的矢量衍射优化设计

传统的基于标量衍射理论方法设计的Dammann光栅衍射效率较低。基于严格耦合波理论和遗传算法,介绍了亚波长结构偶数分束数Dammann光栅的设计方法。利用优化程序设计了多个光栅结构并对设计结果进行了分析,讨论了关键参数的选取及设计参数和光波偏振态的变化对分束效率和均匀性的影响。仿真结果表明所设计的偶数束Dammann光栅分束均匀性很好并且分束总效率均达到93%以上,而零级衍射效率均降到了0.64%以下,达到了较好的去零级衍射的效果。     

半导体激光器矢量光场分布研究

为了实现在利用衍射光学器件整形半导体激光器时,得到半导体激光器各个电磁分量的分布,且该分布能够在较近的距离上仍然适用的目的,采用基尔霍夫衍射理论和非傍轴条件下的菲涅耳近似理论推导和MATLAB语言编制相应的数值计算程序的方法,得到半导体激光器各电磁分量分布的结果。结果表明,除在特殊方向上,半导体激光为TM波和TE波的混合模,数值程序实现了计算不同距离上半导体激光器各个电磁分量的分布情况的功能。这对设计和分析半导体激光器衍射整形光学器件具有重要意义。     

环形光束大气传输数值模拟与分析

为了研究大气湍流对环形光束激光工程应用的影响,采用多相位屏数值模拟的方法对环形光束在大气湍流中的传输进行了仿真模拟。通过改变大气湍流强度、传输距离等参数,定量计算了不同传输条件下质心漂移均方根、远场目标的焦平面平均功率密度,给出环形光束传输路径上特征距离解析式并分析了大气湍流对环形光束远场平均光强分布的影响。结果表明,环形光束在大气湍流中传输时光斑质心漂移随湍流效应（湍流强度或传播距离）增强而增大,远场光束质量随遮拦比增大而降低。遮拦比小于0.5时,大气湍流对光束质量的影响较为明显。环形光束大气传输数值模拟方法,可为高能激光武器等激光工程应用的理论分析和效能评估提供依据。     

Planar antenna for directive beam steering at end-fire using an array of surface-wave launchers

A planar surface-wave antenna (SWA) that achieves radiation at end-fire by surface-wave (SW) excitation is presented for millimetre-wave frequencies of operation. The 2D SWA is fed by a two-element array of printed SW launchers for controlled beam steering in the far-field. Measured results demonstrate a highly directive beam pattern with a 3 dB beamwidth less than 5 at 22.71 GHz. Such a planar low-cost and low-profile SWA design may be advantageous for surveillance systems and radar applications where beam steering at end-fire is of interest.     

超声跟踪铌酸锂反常声光器件的优化设计

给出了一种新的超声跟踪铌酸锂反常声光器件的优化设计方法,利用该方法系统计算了在不同入射角以及不同换能器片数情况下器件设计参数的准确数值。计算结果表明,该设计方法可以实现反常声光器件的超声跟踪,并且能够使器件获得更大的3 dB带宽和更高的衍射效率。     

中心波长及脉宽对能量叠加光束远场的影响

多束激光的远场叠加对于提高远场靶面能量是一种有效的方法,单元光束的参数的变化对于远场合成光束都会产生影响。为了分析脉冲激光参数控制对远场能量分布的影响,利用夫琅禾费衍射积分公式导出了4束普通脉冲高斯光束合成的远场光强的解析式,并整理了激光中心波长和脉宽的改变对远场叠加后能量分布的影响之间的具体关系。通过MATLAB的数值模拟,结果表明:当光束的中心波长减小或者脉冲宽度减小时,远场能量向中心轴上汇聚,远场轴上光强增加。当轴上光强相对于理想中心波长和脉宽的远场轴上光强的变化率小于5%,中心波长变化率最大不能超过7.89%,或者脉宽变化率最大不能超过91%,因此,中心波长的变化对于远场光强分布的影响比脉宽更大。     

菲涅耳微透镜列阵衍射效率的测试

提出了一种测试菲涅耳微透镜列阵衍射效率的有效方法，采用Ｈｅ－Ｎｅ激光器作为测试光源，利用计算机辅助测试构成了一个衍射效率测试光路系统，对测试原理进行了分析，该方法具有简便易行的特点，适于测试具有微小单元尺寸、周期密排的二元微光学元件的衍射效率。     

阵列位相环匀光器

基于衍射光学中的角谱理论,针对一种分布为同心3环、相位为0.9π,0和0.9π的结构进行深入分析,提出一种10×10的3环2值位相环阵列结构,并与二元光学中的10×10的菲涅尔波带片阵列结构进行比较,应用MATLAB软件仿真632.8nm激光器的高斯光通过二者后的效果。结果表明,阵列3环2值位相环对高斯光的匀光效果要明显优于阵列菲涅尔波带片,该阵列可以对激光束在远场的衍射光场进行修正,能较大地改善高斯光的匀光效果,在光均匀性要求较高的场合具有广泛的应用前景。     

基于激光相控阵原理的相位调制器半波电压测量方法

半波电压是电光相位调制器的一个重要指标, 针对现有半波电压测量方法存在的测量误差大、测量装置复杂等问题, 提出了基于激光相控阵光束扫描原理的半波电压测量方法.通过理论分析, 得到了远场主光束的偏移量和相位调制器半波电压的关系表达式.搭建了12 全光纤激光相控阵光路, 对铌酸锂波导相位调制器的半波电压进行了实验测量, 改变相位调制器的加载电压, 记录多幅远场光强分布图, 通过求平均值减小测量误差, 而且根据远场光强分布的变化得到了相位调制特性曲线.结果表明, 该方法测量装置简单, 不仅可以精确地测量半波电压, 还可以对相位调制线性度进行分析, 具有重要的工程应用价值.     

Injection behavior and modeling of 100 mW broad area diode lasers

The output from a single-frequency, narrow-linewidth GaAlAs diode laser was injected into a 100-mW broad-area diode laser. The injected laser emitted in a single longitudinal mode with up to 80 mW in a single, diffraction-limited, 0.5° FWHM far-field lobe. The angle of the far-field lobe steered with injection frequency and broad-area laser bias current, displaying behavior similar to that observed with injected gain-guided laser arrays. A Fabry-Perot amplifier model which explains the injection behavior in terms of Gaussian beam propagation in a large optical cavity is proposed. The model provides criteria for optimizing locking bandwidth, beam steering, and injection efficiency