基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测方法

针对激光近程全向探测问题,在激光近程动态周向扫描探测机理研究基础上,提出了基于光锥扩束机理的单脉冲激光 近程静态周向探测方法。 基于激光近场探测理论和静态探测场空间几何分布,推导出基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静 态探测回波方程。 构建了单脉冲激光近程测距概率分布模型并搭建了实验室静态探测实验平台,研究了脉冲激光发射功率、倒 置反射光锥角、脉冲激光束发散角和目标尺寸投影面积对激光近程周向探测概率分布的影响机制。 结果表明:随着发射功率和 目标投影尺寸分别从 10 W 和 0. 01 m 2 增加到 30 W 和 0. 25 m 2 ,回波信号幅值亦随之从 0. 16 和 0. 43 μV 提升到 4. 22 和 5. 95 μV,随着倒置反射光锥角和光束发散角分别从 30° 和 10 mrad 增加到 120° 和 30 mrad,回波信号幅值随之从 3. 18 和 2. 52 μV 降低到 0. 88 和 1. 92 μV;周向探测概率分布随着发射功率和目标投影尺寸的增加而半宽减小且峰值增加并向左偏离、 随着倒置反射光锥角和光束发散角的增加半宽增大且峰值降低并向右偏离;探测分布对称性并不受以上 4 种因素影响。     

激光主动探测电路系统设计与实验研究

雪崩光电二极管(APD)因其具有很高的内部增益,被广泛应用于光电探测中.根据雪崩光电二极管的雪崩效应及工作原理,采用APD作为激光回波接收单元来探测“猫眼”目标,设计了接收放大电路,并进行了实验研究.结果表明:此探测电路可探测到“猫眼”目标回波且回波信号包含时间与目标距离信息,可保证后续目标的定位,为激光主动探测系统的...     

激光告警内场仿真试验系统的设计

针对内场仿真试验系统的研制,讨论了激光告警内场仿真试验的实现方法及关键技术。通过对外场试验环境进行等效模拟,在内场构造了一个对激光告警装备进行检测的仿真试验系统。首先,介绍了仿真试验系统的设备组成;然后,以内场激光编码识别能力测试为例,对以激光漫反射信号方式进行激光告警试验的方法进行探讨,并对完成激光告警内场仿真试验所需的激光能量等效计算、漫反射屏的位置标定以及漫反射屏最低入射能量分析等关键技术进行详细阐述;最后,使用单脉冲能量10mJ的激光信号源,以漫反射方式进行了激光编码识别能力测试,结果表明探测概率达到100%,证明了本文试验方法的可行性。     

光电目标反猫眼探测技术效能评价系统

为了对"反猫眼探测"技术的效能进行量化及客观评价,本文提出一种基于目标回波图像处理的"反猫眼探测"效能评价技术,利用计算窗内图像质心变化作为目标可探测性判据,通过对"反猫眼探测"技术改进前后的目标进行对比实验,对其最大可探测距离及相同探测距离上最小照明激光功率的等效能评价参数进行了相对测量,实现对"反猫眼技术"效能的量化评价。对评价系统的原理进行分析、设计了原理样机并以"反猫眼探测"技术改进前后的瞄准镜作为目标进行了外场实验。实验结果表明,当测试距离由500m变为1km时,最小照明功率的下降率变化1.5%;当照明激光功率由500mW变为300mW时,最大探测距离增加率变化1.8%。由此证明本文所提出评价方法在不同实验条件下所得出结果一致性较好,可客观、准确地反映"反猫眼探测"技术的效能,从而为相关领域研究提供支持。     

离轴三反空间相机的焦距测量

离轴三反光学系统的焦距是空间相机的重要指标之一,离轴三反空间相机在完成光学系统装调及光学镜头装配后需要进行焦距测量。通过对两种经典的焦距测量方法即放大率法和测角法进行对比分析,选用测角法作为焦距的测量方法,同时对用于同轴光学系统的焦距测量公式增加离轴角修正量使其适用于离轴三反光学系统,并以某离轴三反空间相机为例论述焦距测量方法及步骤。由修正后的焦距计算公式计算出相机的焦距为8 010mm,证实了该测量方法的可行性。     

双通道激光主动探测系统

为了有效探测“猫眼”目标的微弱回波信号并获得目标区域的直观图像信息,设计了基于雪崩光电二极管(APD)单元探测器和电荷耦合器件(CCD)面阵探测器的双通道激光主动探测系统.介绍了硬件设计的基本思路,包括各模块功能、组成和主要部件所采用的型号.针对双通道探测模式的关键技术,阐述了APD探测模式下接收放大电路的设计方法,并分析了CCD探测模式下响应波长的匹配问题.最后,在外场条件下,利用望远镜和激光测距机等典型“猫眼”目标对该双通道激光主动探测系统进行了实验验证.实验结果表明,利用APD探测模式进行探测时,550 m距离处望远镜的回波能量响应是类镜面目标回波能量响应的2.87倍以上;利用CCD探测模式进行探测时,550 m距离处望远镜的回波能量响应和2 500 m距离处激光测距机光学窗口的回波能量响应分别是背景目标回波能量响应的2.72倍和2.31倍以上.该双通道激光主动探测系统可将典型“猫眼”目标从背景及干扰目标中清晰检出,验证了探测系统设计的合理性和有效性.     

CO2激光加工机光学系统

论述了ＣＯ２激光加工机床光学系统中设计中一些应注意的问题，阐明了一些经常混淆的概念：“几何发散角”与“远场发散角”“光束扩束器”与“准直系统”等。介绍了在应用透镜，离轴抛物面镜，二元光学元件时应注意的问题。     

高功率XeCl准分子激光系统前端平滑实验

为得到物面光强分布均匀、能量尽量大的部分相干XeCI准分子激光前端种子光,采用放大自发辐射(ASE)法和散射法开展了前端平滑实验研究.首先,基于一台窄脉冲XeCl准分子激光器,研究了种子光的物面光斑均匀性、能量和发散角随光束口径及物面位置的变化规律.然后,分析了影响种子光参数的因素.最后,进行了验证实验.实验结果显示:...     

长焦距离轴三反测绘相机的外场立体成像

在地面模拟了长焦距、宽视场离轴三反光学系统的在轨立体成像,通过对图像的数据处理和分析,验证了离轴三反测绘相机在轨立体成像的可行性。提出了长焦距离轴三反测绘相机外场立体成像的单点成像方法。在该方法中,单台离轴三反相机通过旋转转台对靶标成像,根据规划的相机交会角旋转靶标,并精确测量出靶标的旋转角度,通过靶标的旋转来模拟两线阵相机的相机夹角。在外场立体成像中,根据轨道高度、外场立体成像的物距及理论设计需达到的高程精度和平面精度设计地面靶标。最后,对成像方式进行处理,验证了离轴三反测绘相机立体成像的可行性;对提出的外方位元素、两相机最佳夹角的测量方法进行了精度分析。该单点成像方法具有实用价值,可用于长焦距离轴三反测绘相机在轨立体成像的可行性验证。     

热透镜效应对激光光束准直的影响

利用高斯光束传播定律,分析了热透镜效应对激光光束准直的影响,对两种不同的腔型做了数值模拟与计算,并计算了经具有不同MT因子的调焦望远镜系统准直后的激光光束的发散角与光斑尺寸。通过计算与分析表明,对于同一高斯光束,用MT因子较大的系统可以获得更好的准直效果,准直后光束的发散角更稳定。     

垂直腔面发射激光端面泵浦的高能量调Q Nd:YAG激光

采用垂直腔面发射激光端面泵浦Nd∶YAG获得了高能量的1 064 nm调Q激光输出。与边发射半导体激光相比,垂直腔面发射激光具有各向发散角相同、波长随温度漂移小等优点,更适合用作泵浦源以产生高效率、结构紧凑的激光。泵浦能量为200 mJ时,产生了最高45 mJ的1 064 nm激光输出,光光转换效率达到22.5%,激光脉宽为8 ns,发散角为1.2 mrad。基于模拟计算优化了Nd3+掺杂浓度,通过采用低浓度的Nd∶YAG晶体减小泵浦端面增益,从而有效抑制了影响调Q激光能量提高的自激振荡,为获得高能量的端面泵浦调Q激光输出提供了有效的技术手段。     

基于有效回波概率估计空间碎片激光测距系统作用距离

基于回波光子数方程估计空间碎片激光测距系统作用距离时,最小可接受回波光子数很难确定。本文提出了通过改变空间碎片实测数据回波稀疏性获得精度变化曲线的退化模型,以"精度不变"作为衡量条件,确定保精度情况下系统最小可识别有效回波概率,从而估算系统作用距离的方法。首先,根据单光子雪崩探测器"关门"特性,得到了有效回波概率与测量距离关系。然后,建立实测数据的稀疏性退化模型得到测量精度与有效回波概率的跃变曲线,根据精度曲线中"保精度平台"的"跳变点"获得最小可识别有效回波概率。最后,根据最小可识别回波概率获得系统对不同大小典型空间碎片的作用距离。分别处理了有效截面积为3.884 0,6.391 2和9.855 5m2的3种典型空间碎片的实验数据,结果表明:系统在满足m级测距精度的前提下,可识别的最小有效回波概率为0.02~0.044,对上述不同特性典型空间碎片相应的最大作用距离分别为820,1 520和2 250km。提出的模型在精度不变情况下解决了系统最小可识别有效回波概率难以确定的问题,大大减少了实验成本。     

基于米散射激光雷达的大气气溶胶检测系统设计

设计了一种基于米散射激光雷达的大气气溶胶检测系统。依据米散射激光雷达的原理,研究了激光光束与大气气溶胶的相互作用,设计并搭建了米散射激光雷达大气气溶胶检测实验平台,利用Zemax设计了一套具有滤波聚焦功能的光学望远系统。通过对光束进行扩束并利用可调谐式固定装置来增强回波信号强度。实验结果表明,设计的系统具有高的回波信号强度和低的杂散光干扰,能获得超高信噪比的激光回波信号。由此大大降低了后续算法的难度,使测得的气溶胶数据更加准确。     

A dye laser with small beam divergence and a stable emission spectrum

The design of a dye-laser head with a hollow cylindrical cell is described. The cell is excited from the inside by a coaxial lamp. The design of the laser head provides the possibility of transverse circulation of the dye solution, which allows generation of sharply directed radiation with a spectrum and a directional pattern that remain constant during the laser pulse. A lasing energy of 290 mJ was obtained in the laser with an ethanol solution of Rhodamin 6G in a 150-mm-long cell with inner and outer diameters of 30 and 35 mm, respectively. The use of a resonator with an interference-polarization filter resulted in the spectrum narrowing to ～0.7 nm and allowed the radiation wavelength to be tuned in a band of ～31.5 nm. The beam divergence was within 5 mrad in all cases.     

小型化单横模单纵模激光二极管泵浦Nd∶YAG激光器

在需要利用光的相干性的场合,如倍频、光参量振荡、全息以及光束的相干合成等对激光器输出的线宽有严格的要求,这时就需要对纵模进行选择。介绍一种小型化单横模单纵模激光二极管泵浦Nd∶YAG激光器,单脉冲能量3.6mJ,重复频率200Hz,脉冲宽度16ns,单横模、单纵模运转。该激光器采用谐振反射器和腔内倾斜标准具对纵模进行选择,试验结果与理论计算比较吻合。该激光器可用作窄脉宽高能激光器的种子源。     

卫星激光测距中发射光路光机结构设计

在卫星激光测距过程中,为了保证望远镜系统接收更多的能量,必须压缩出射激光光束的发散角,减小照射到卫星上的激光光斑尺寸。激光发射系统的主要作用是就将激光器发出光束进行直径放大并准直,是卫星激光测距光机系统中的重要组成部分。在研制某型号卫星激光测距系统中,根据技术指标对两级扩束光学系统、机械结构以及二维电动调整机构进行了详细论述和设计。实践证明,该套系统的光学系统在进行激光光束扩束、准直的同时,通过二维电动调整机构实现了实时调整激光光束的出射方向,满足了设计指标的要求。     

A two-wave 1064/532-nm diode-pumped pulse-periodic YAG:Nd laser

A compact 1064/532-nm diode-pumped pulse-periodic YAG:Nd laser is described. Its parameters are as follows: the wavelength is 1064 nm, the pulse energy is 1.2 J, the pulse duration is 5 ns, the pulse repetition rate is 100 Hz, and the beam divergence is ≤1.6 mrad. The laser light efficiency is 12%, and the full efficiency of the laser system is 4%. Two lasing modes are realized in the laser: at the fundamental frequency and with the frequency conversion into the second harmonic at a wavelength of 532 nm and a pulse energy of 0.3 J.     

Apparatus for laser-assisted electron scattering in femtosecond intense laser fields

An apparatus for observation of laser-assisted electron scattering (LAES) in femtosecond intense laser fields was developed. The unique apparatus has three essential components, i.e., a photocathode-type ultrashort pulsed-electron gun, a toroidal-type electron energy analyzer enabling simultaneous detection of energy and angular distributions of scattered electrons with high efficiency, and a high repetition-rate data acquisition system combined with a high power 5 kHz Ti:sapphire laser system. These advantages make extremely weak femtosecond-LAES signals distinguishable from the huge elastic scattering signals. A precise method for securing a spatial overlap between three beams, that is, an atomic beam, an electron beam, and a laser beam, and synchronization between the electron and laser pulses is described. As a demonstration of this apparatus, an electron energy spectrum of the LAES signals with 1.4 × 10(12) W/cm(2), 795 nm, 50 fs laser pulses was observed, and the detection limit and further improvements of the apparatus are examined.     

Experimental study of ion beam optics in a two-stage accelerator

Hydrogen ion beam optics in a two-stage linear acceleration system is studied by examining the beam divergence as a function of the voltage and gap distribution, the beam perveance, the background gas pressure, the aspect ratio, and the total accelerating energy (60-110 keV). The system consists of four electrodes with single, cylindrical, straight-bore apertures acting as an extraction-accel-decel column. An optimum relation between the field ratio and the extraction perveance is obtained from measurements for the minimum beam divergence condition. The HWHM divergence angle is <0.3 degrees under optimum conditions. Qualitative agreement between the measurements and a previous theoretical study is noticed. A potential application of the results to high energy neutral beam injectors for fusion research is also discussed.