大气湍流对高速激光通信影响模拟实验研究

分析了大气湍流对高速激光通信影响的研究方法、现状及必要性,建立了高速激光通信用大气湍流模拟装置,提出了大气湍流对高速激光通信影响的模拟实验方案,采用实验室内半实物模拟的方法,利用大气湍流模拟装置模拟中弱强度的湍流,搭建激光传输实验系统,并进行了光强闪烁方差及频谱、到达角起伏方差及频谱等测试,结果表明,该大气湍流模拟装置的光强闪烁、到达角起伏符合-5/3理论,光强闪烁、到达角起伏是影响激光通信性能的主要因素,为深入研究大气湍流对高速激光通信影响提供了有效手段和方法,最后对大气高速激光通信未来的发展方向进行了展望。     

大气湍流对激光半主动制导精度的影响

根据强度起伏导致的对数振幅方差和相位起伏导致的到达角方差,计算出由大气湍流引起的激光半主动制导跟踪系统的角误差,并通过专用软件仿真了大气湍流引起的角误差对激光半主动制导瞄准精度的影响。计算和仿真结果表明:大气湍流引起的跟踪误差可达几十微弧度,导致制导系统的瞄准精度下降10%左右。     

大气湍流尺度和强度对到达角起伏的影响

考虑到光束通过大气时受到大气湍流的影响,理论上分析了到达角起伏的原因,通过利用马尔种夫和平均强度的平方近似所求得到达角起伏公式,采用变形谱Von Karman所得出的波结构函数D(p,z),得出到达角起伏在考虑湍流内外尺度和强度影响下的到达角方差表达式.并在垂程方向上分析得出到达角方差随L增大而增大,在小于250m范围内,仅考虑湍流强度与考虑了湍流尺度和强度的影响相比,两者较接近,大于250 m以后,考虑了湍流尺度和强度的影响比仅考虑湍流强度影响的大.     

大气湍流对激光雷达跟踪角误差的影响

本文讨论了大气湍流引起的强度起伏和相位起伏对激光雷达跟踪系统测角精度的影响，得强度起伏导致的对数振幅方差和相位起伏导致的到达角方差，计算了强度起伏和相位起伏对跟踪系统的接收信噪比，角误差的影响，结果表明，大气湍流引起的角误差与仰角、距离等因素有关。     

湍流效应对大气激光信号传输影响的仿真分析

分析和研究了大气湍流对激光信号传输时所产生的光束漂移、强度起伏以及到达角起伏等效应进行了理论分析,并在此基础上分析了不同参数条件下上述各种效应所体现出来的特性,为激光大气通信在大气湍流效应分析方面提供了一定的依据.     

大气湍流对激光信号传输影响的分析研究

文中介绍了激光信号通过随机大气信道时，大气湍流效应造成了光束抖动、强度起伏，光束扩展和像点抖动等现象。对强度起伏、光束漂移及扩展和相位起伏与到达角起伏进行了理论分析，并在理论分析的基础上设计了实验研究方案，最后得出了相应的实验结果。     

大气湍流对复杂路径下光强起伏及误码率的影响

对复杂地形情况下实际湍流大气中的激光强度起伏进行系统研究,发现了在此情况下实际湍流大气中的激光光强起伏在概率密度分布与理论上偏离很大,而由大气湍流引起的光强起伏和系统误码率的关系,结果表明:在弱起伏条件下,对于系统误码率为10-9以下的要求,光强起伏应小于0.67;随着湍流强度Cn2的增大,误码率增加很快;采用长波长的激光进行传输可以有效地降低系统误码率.     

非柯尔莫哥洛夫湍流对星光到达角起伏影响研究

基于A. S. Gurvich等人所提出的非柯尔莫哥洛夫湍流功率谱密度模型,推导了弱起伏条件下的到达角起伏方差,得到了一个解析的结果;然后,利用该结果分析了对流层柯尔莫哥洛夫湍流和平流层非柯尔莫哥洛夫湍流对星光到达角起伏的联合影响。结果表明:星光到达角起伏主要是由对流层柯尔莫哥洛夫湍流决定;对于不同的接收孔径,到达角起伏5%~14%是由平流层非柯尔莫哥洛夫湍流引起的。此外,非柯尔莫哥洛夫湍流对到达角起伏还取决于接收孔径、湍流外尺度及非柯尔莫哥洛夫湍流起伏强度。     

激光测距中光程的随机起伏

本文讨论了激光测距时,由大气湍流引起的光程起伏,证实在折叠式光程中存在光程起伏的放大效应。理论计算表明,在强湍流条件下,光程起伏所带来的相对误差约在10~(-6)以下,并证明利用大的发射与反射孔径和发散角小的短波长激光进行测距,可以减小光程的随机起伏。     

后向散射回波与信标光到达角起伏对比实验

介绍了后向散射回波与信标光到达角起伏的原理性比对实验.该实验通过对比的方法验证后向散射的到达角起伏是否可以反映大气湍流强度.实验结果验证了后向散射的到达角起伏可以反映大气湍流强度.并且分析了对比参数.     

不同光源对激光尘埃粒子计数器性能的影响

使用Beam Profile2350光束诊断仪测量了氦氖激光和半导体激光两种典型光源的光束特性,并分析了将它们作为激光尘埃粒子计数器的光源时,其在光敏区所产生光场的不均匀性。同时讨论了光场不均匀对计数器性能的影响,计算了两种不同光源下,计数器计数效率和分辨比率的差异。结果表明,以半导体激光作为计数器光源时,光敏区的光强均匀性更好,计数效率更高,粒径的分辨比率较氦氖激光作用时提高了17％,增大了粒径的有效测量范围。     

Far-infrared raman laser with high intensity laser pumping

Theoretical and experimental results are presented for a pulsed far-infrared (FIR) molecular gas laser with high intensity laser pumping. In these FIR lasers, high intensity pumping is found to produce stimulated Raman emission at very large offsets (up to 30 GHz) from resonance with the intermediate state. A theoretical, density matrix model is developed for these lasers to account for simultaneous Raman emission on rotational levels in the ground and excited vibrational states (double Raman resonance). This theoretical approach is necessary in the case of off-resonant, high intensity pumping. Theory predicts the FIR emission frequency, the FIR laser gain, and the pump threshold intensity as a function of pump laser frequency. Experimental results are obtained onP-,Q-, andR-branch transitions in¹²CH3F and¹³CH3F using a single-mode, grating tuned CO2TEA pump laser with an intensity of up to 40 MW/cm². Good agreement is obtained between theory and experiment for the observed values of FIR emission frequency and pump threshold intensity. These results indicate that a widely tunable (150-1200 mum), pulsed FIR CH3F laser could be constructed with a tunable, multiatmospheric CO2pump laser of modest power (about 2-5 MW).     

激光诱导荧光探测气溶胶装置的研制及实验研究

基于激光诱导荧光原理研制出一套激光诱导荧光探测气溶胶的装置。该装置采用Nd:YAG脉冲激光器产生355 nm波长脉冲激光,经过引导后进入样品池,激发出的荧光被系统收集后进入高分辨率光栅光谱仪,得到样品的荧光光谱图。选用还原型辅酶I（NADH）和核黄素两种典型的生物荧光物质对系统的性能进行测试,在355 nm激光激发下,获取了还原型辅酶I（NADH）、核黄素荧光光谱图;研究了样品浓度对于荧光光谱强度的影响,结果表明在低浓度范围荧光强度与浓度呈线性关系;考查了激光能量对荧光强度的影响,在一定能量范围荧光强度与激光能量呈线性关系,但当激光能量达到一定值后荧光强度会发生饱和。该装置所建立的生物性物质荧光数据库有利于了解和掌握生物荧光特性,对于进一步实现生物气溶胶远距离探测具有重要意义。     

激光选通成像系统MTF与SNR的仿真与实验研究

距离选通技术能有效提高主动成像系统的信噪比,但远距离选通成像系统的调制传递函数(MTF)和信噪比(SNR)与被动成像系统存在较大差异。分析了影响主动成像系统MTF与SNR的主要因素,推导了主动成像系统SNR与照明光强闪烁率的关系。分别使用氙灯和半导体泵浦的固体激光器进行了远距离主动成像实验,测得成像系统空间分辨率与湍流强度和光强闪烁率之间的关系与理论计算吻合。     

Numerical simulation of intensity and phase noise from extracted parameters for CW DFB lasers

A self-consistent numerical approach is demonstrated to analyze intensity and phase noise from experimentally extracted parameters for a continuous-wave distributed feedback (DFB) laser. The approach takes into account the intrinsic fluctuations of the photon number, carrier number, and phase. Values for the parameters appearing in the rate equations are extracted from the measured relative intensity noise spectra and linewidth of the laser. The simulation of the frequency spectra of intensity and phase noise of the DFB laser are performed by fast Fourier transform and exhibit good agreement with experimental results. The model presented here can readily be extended for the purpose of system simulations.     

激光非均匀性和内光路热效应对远场特性的影响

高功率高能激光在光束控制系统(或称为内光路)中的传输距离比长程大气传输要短得多，但高功率密度的激光束在通过内光路时的热效应对远场光束质量会有显著影响。采用自编的四维仿真程序，详细计算了沿x方向呈线性变化的环状高功率激光束通过内光路的传输。用像散参数、桶中功率(PIB)和峰值光强位置描述了远场光束质量。研究表明，内光路的热效应(热晕)使得光束的峰值光强和可聚焦能力下降，降低了远场的光束质量，初始光束的非均匀性会影响光束的可聚焦能力并引起像散。值得指出的是，热晕是一种非线性效应，会影响光强分布和引起远场峰值光强位置的移动，对此给出了物理诠释，并用数值计算证实了物理分析。     

镍基单晶高温合金水导激光钻孔工艺特性研究

为了探究不同激光功率及扫描速度下水导激光加工技术对镍基单晶高温合金加工微孔的影响规律及规律形成机理。使用自主研发的水导激光加工平台对镍基单晶高温合金CMSX-4在不同激光功率及扫描速度下进行1mm微孔的加工。然后采用白光干涉仪、扫描电子显微镜和Vision64软件获得微孔加工时间、孔径、圆度、锥度及重铸层厚度随不同激光功率及扫描速度的变化规律,并研究变化规律的形成机理。结果表明,加工时间、锥度及重铸层厚度与激光能量强度有关。随着激光能量强度的增大,加工时间缩短,锥度变小,重铸层厚度变小。孔径和圆度受激光能量强度及其在材料表面分布的影响。仅当激光能量作用范围控制在水束直径范围下时,孔径及圆度相应获得较好的加工质量。     

半导体抽运Nd:YAG激光器强度噪声抑制的研究

为了降低半导体抽运固体激光器的弛豫振荡噪声,提高其输出功率的稳定性,采用光电负反馈的方法来抑制半导体抽运的固体激光器的强度噪声,并对激光器强度噪声的理论特性进行了分析。根据理论分析结果设计了比例-积分-微分反馈控制电路,通过运用该反馈电路对激光器进行强度噪声抑制实验,得到了比较理想的实验数据,即当抽运功率为700mW、弛豫振荡峰频率为300kHz时,弛豫振荡峰值处和低频区域强度噪声分别降低了45dB和15dB;当抽运功率为550mW、弛豫振荡峰值为250kHz时,弛豫振荡峰值处和低频区域强度噪声分别降低了40dB和10dB。结果表明,该反馈控制电路能够有效地降低半导体抽运固体激光器的强度噪声,提高激光器输出功率的稳定性。     

超短脉冲强激光场中氪的高次谐波研究

报道了在 10 5fs 0 .6TW激光装置上以氪气为介质产生高次谐波的实验结果。实验中主要研究了不同气压、不同激光能量、不同偏振特性对谐波辐射的影响 ,并从理论上进行了分析。结果表明 ,要想得到较强的谐波辐射信号 ,必须有适当的气体密度和激光能量 ;要想得到较高次的谐波辐射信号 ,除了有较高的激光功率密度外 ,还必须具备灵敏度高的探测器。     

脉冲激光改性金属纳米薄膜的等离子体特性

在室温环境下,实验采用Nd\:YAG光纤脉冲激光器辐照银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)三种光滑连续的金属薄膜,制备出了对应的三种金属纳米颗粒薄膜。通过调节激光扫描速率可以实现三种金属纳米颗粒薄膜的局域表面等离子体共振(LSPR)波长和强度的调谐。其中,Ag纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现出较宽的调谐范围,Cu纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现较小的调谐范围,Al纳米颗粒薄膜在紫外光波段的等离子体吸收峰窄而尖锐,且LSPR波长调谐范围也较小。与激光辐照前的三种金属薄膜相比,激光辐照后生成的三种金属纳米颗粒薄膜出现了更强的表面增强拉曼散射信号。有限差分时域仿真模拟出的样品的电场强度分布与实验得到的表面增强拉曼散射结果一致。