一种采用高重复频率激光进行水声通信的方法

为研究空中平台与水下目标之间的激光声通信技术,提出了一种热膨胀机制下采用高重复频率激光进行水声通信的方法(重复频率法)。理论推导了高重复频率激光产生窄带声信号的过程,并通过实验测量进行了验证。利用高重复频率激光产生了频移键控(n-FSK)和多频移键控(n-MFSK)两种频移键控信号,结合现有激光器的技术指标,针对不同调制信号的水下通信距离、占用带宽、传输速率进行了分析计算,并与现有的方法(长脉冲法)进行了比较。结果表明,n-MFSK调制的传输速率比n-FSK调制的更快,频带利用率更高,但水下通信距离不及n-FSK调制;同为n-FSK调制,重复频率法的水下通信距离为1000m,比长脉冲法高40%,通信性能优于长脉冲法。     

脉冲雷达和脉冲多卜勒雷达的信噪比计算

低脉冲重复频率雷达的信噪比通常按照每个脉冲来计算,然后将该值乘以积累的脉冲数来获得给定的目标照射持续时间的信噪比。高脉冲重复频率多卜勒雷达的信噪比一般利用发射信号频谱的中心谱线功率作为目标回波功率进行计算,因为中心谱线保持在接收机中,而各脉冲重复频率谱线的回波则被滤除。这里介绍的两种信噪比计算方法,对于匹配的雷达发射——接收系统完全等效。     

超结构光纤光栅的正交波分复用系统实现方案及接收机串扰分析

解释了超结构光纤光栅(SSFBG)作为脉冲成型滤波器的特性,说明SSFBG能够产生规则的时域矩形光脉冲,在频域上功率谱密度表现为sinc函数的形式.当光波道的频率间隔为码元速率的整数倍时,相邻波长的功率谱零点位于信号波长的中心频率处,频谱正交交叠.研究了一种基于SSFBG的正交波分复用(OWDM)系统,发送端用SSFBG进行脉冲整形,接收端采用窄带滤波器.给出基于理想窄带滤波器和高斯窄带滤波器两种接收机的串扰噪声模型,并得出了仿真结果.结果显示,两种窄带滤波器均可抑制严重的信道串扰,当接收机窄带滤波器通带足够窄时,接收机串扰比信道串扰降低约10 dB;理想窄带滤波器优于高斯窄带滤波器2～5 dB.     

脉冲和脉冲多卜勒雷达信噪比计算

低脉冲重复频率(PRF)脉冲雷达信噪比(S/N)的计算方法,通常是先算单一脉冲的信噪比,然后将此比值乘以积累脉冲数来得到一给定目标照射时间内的信噪比。高脉冲重复频率脉冲多卜勒雷达,一般是以发射信号频谱中心谱线功率为目标回波功率来计算雷达信噪比的,因为在这种雷达接收机中,必须保留发射信号频谱的中心谱线,而把那些PRF谱线去掉。本文所指出的两种雷达信噪比的计算方法,对匹配的发射-接收雷达系统是完全等效的。     

基于差频技术的宽谱中红外飞秒激光的产生

飞秒差频产生器(DFG)是一种获得宽谱中红外激光的有力工具。为了利用DFG产生更高瞬时带宽的中红外激光,可以使用窄带泵浦光、宽带信号光结合大信号光相位匹配带宽的非线性晶体或使用宽带泵浦光、窄带信号光结合大泵浦接受带宽的非线性晶体。研究表明,对于PPLN晶体,当泵浦光波长为1050 nm,闲频光波长在3.4μm附近时,非线性晶体具有较大的泵浦接受带宽,仅使用均匀极化周期PPLN晶体即可获得宽谱中红外激光。基于高重复频率的掺镱光纤激光放大器系统,通过引入自相位调制效应,获得了中心波长为1050 nm的宽谱光源,将其作为DFG系统的泵浦源。利用飞秒脉冲在负色散光子晶体光纤中的拉曼效应,产生了中心波长为1525 nm的超短脉冲,将其作为DFG系统的信号源。在长度分别为1 mm和3 mm的PPLN晶体中,都获得了宽谱中红外闲频光输出,其-10 dB光谱覆盖范围分别为2.72～4.15μm和2.87～4.08μm。     

泵浦激光频率漂移对光声稳频信号的影响

在CO2激光泵浦的气体太赫兹源中,泵浦激光的频率稳定性控制问题十分关键。针对基于光声效应的泵浦源稳频技术,理论分析和数值模拟了光声信号的探测条件(光声腔内气压、传声器灵敏度等)对微弱光声信号检测的影响,进而对探测条件进行了优化。在此基础上,进一步分析了泵浦激光频率在气体吸收谱线中心频率附近漂移时光声信号的变化规律。结果表明:在实际工作中,为了实现高精度的稳频,需要将光声腔的气压控制在低压范围内,并采用高灵敏度的光声传感器;当泵浦激光频率产生漂移时,利用探测到的微弱光声信号通过反馈系统可以精确地改变激光器的腔长,以实现高精度的光声稳频,且频率漂移范围可控制在MHz量级以内。     

脉冲激光干扰面阵CCD成像系统的实验研究

为了研究脉冲激光对面阵CCD的干扰效果,采用近场模拟实验的方法,设计了重复频率脉冲激光干扰CCD成像器件近场实验。当CCD器件表面接收激光功率密度达到2.97mJ/cm2时,观察和记录了CCD器件串音饱和现象;当CCD摄像机电子快门打开时,除发射窗口有激光光斑图像外,激光脉冲在激光器出光口竖直方向也会形成偏离出光口位置的漂移光斑图像。分析了CCD摄像机电子快门作用机理及图像信号转移方式机理,并对光斑漂移现象给出了合理解释。结果表明,重复频率脉冲激光可使CCD图像上出现漂移光斑而对图像形成干扰。这为重频脉冲激光干扰CCD的研究提供了理论基础和初步实验验证。     

双频激光相干探测差频信号影响因素分析

为实现高速运动目标的低多普勒探测,提出了双频相干激光的差频光探测方法。对双频激光相干产生的差频信号光学影响因素进行了分析。首先,根据干涉理论得到差频光,结合维纳-辛钦定理推导得到了差频光的功率谱函数。然后,利用频域积分法得到差频光信噪比,并对差频光的条纹对比度进行了分析,最后进行了双频激光相干产生差频信号的实验研究。理论分析和实验表明,激光线宽的增大导致差频光信噪比和条纹对比度的下降,光程差越小条纹对比度越好,移频器的频率扰动导致差频光中心频率的波动。     

1kHz全光纤双程结构掺Yb3+脉冲光纤放大器

以1KHz低重复频率的脉冲激光为信号光源,实验研究了全光纤双程结构的脉冲光纤放大器.利用光纤声光调制器(AOM)滤除了放大过程产生的放大自发辐射光(ASE),并测量了该ASE功率;分析了低重复频率及双程结构对放大器输出特性的影响;研究了抽运光功率对输出脉冲宽度和脉冲峰值功率的影响.在注入信号激光波长1060nm、脉冲宽度10.2ns、峰值功率0.58W时,获得放大脉冲激光的脉冲宽度7.9ns、峰值功率245.2W,对应增益26.3dB.     

一种飞秒中红外激光脉冲的产生方法

由于能极型固体增益介质的缺乏,利用增益介质的能阶特性直接产生中红外激光相对困难。设计了基于非线性频率变换的光参量放大法来产生中红外激光脉冲。利用发展成熟的高峰值功率近红外激光,产生精准同步的泵浦光和信号光。利用KTP晶体的非线性效应进行光参量放大,得到中红外波段的激光脉冲。实验结果表明:产生的中红外闲频光中心波长为3200 nm,脉冲能量14.9 μJ,脉冲宽度47 fs。     

基于光频梳的超短光脉冲的产生及其在光模数转换中的应用

提出并实验验证了一种基于光频梳的超短光脉冲的产生方法。使用强度调制器和相位调制器级联直接调制直流激光得到了29条顶部功率变化小于1.5dB的光频梳。利用单模光纤色散将光频梳整形成重复频率为10GHz,脉宽为2.68ps的光脉冲。并成功用于对1～4GHz信号采样,系统的信噪比可达33.83dB,等效于5.33bit的有效比特数。     

基于PLZT开关的全光纤单模调Q掺Yb3+光纤激光器

PLZT电光陶瓷具有良好的透明性、高电光系数等特性,用来实现全光纤调Q开关具有很大的优势.分析了PLZT全光纤调Q开关的原理,测量了调Q开关的时间波形,研究了基于PLZT开关的全光纤单模环形调Q掺Yb3 光纤激光器.抽运光功率为180 mW,莆复频率为1 kHz时,得到峰值功率25.6 W,脉冲宽度80 ns,光谱宽度1 nm,脉冲能量2.0 μJ的调Q脉冲.此外,分别研究了抽运功率和重复频率对脉冲峰值功率和脉冲宽度的影响,结果表明,同一重复频率情形下,随着抽运功率的升高,峰值功率增大,脉冲宽度降低;同一抽运功率水平下,随着重复频率的增大,脉冲的峰值功率减小,脉冲宽度增大.     

基于法布里-珀罗激光器的超高重复频率光脉冲生成技术

本文提出了一种新的基于双模自注入锁定DC电流驱动的法布里-珀罗半导体激光器(FP-LD)来生成超高重复频率,高功率光脉冲的简单方法。传统的基于注入锁定增益开关调制的FP-LD产生光脉冲方法,存在输出脉冲重复率低(通常小于10GHz)、啁啾大和低输出功率的缺点。文章提出的方案中,通过一个带直流偏置的FP-LD与两个均匀光纤布拉格光栅(FBG)相连,来实现双模自注入锁定输出。该输出信号再进入一根长的、高度非线性的光纤(HNLF)中,通过自相位调制和反常色散之间的相互作用可获得高频光脉冲。实验结果,在FP-LD相邻的两个纵模同时注入锁定时,可获得了重复频率为139.6GHz宽度为1.6ps和时间带宽积为0.34的孤子光脉冲,峰值功率为120mW。我们还观察到当改变光栅的应力,可选择相间隔的两个纵模同时注入锁定,重复频率为279.2GHz的光脉冲序列,由于该脉冲序列的四波混频增益较139.6GHz序列低,因此四波混频效应不明显。该方案结构简单,成本低廉。     

Wavelength-Tunable Broadband Frequency-Domain OCT Source Based on Spatially Filtered Sub-10-fs Pulsed Laser

A wavelength swept broadband source based on a sub-10-femtosecond (fs) pulse laser and a spatial filtering method was developed for the application to frequency-domain optical coherence tomography (FD-OCT). The use of the sub-10-fs laser with a galvano scanner operating at a high repetition rate provided a fast tunable broadband light source, which tuned the spectral component across the spectral bandwidth of 110 nm at 1-kHz repetition rate. The spectrally filtered light beam had 0.5-nm instantaneous spectral linewidths at 1-mW average output power. The implemented FD-OCT system clearly imaged a narrow air gap between glass plates with an axial resolution of 5 mum, which proved a potential for the application of a short pulse laser source to the FD-OCT system. The proposed wavelength swept source scheme can secure mode-hopping-free operation at fast tuning speed, which could be applicable for the FD-OCT system properly.     

160 W激光二极管抽运电光调Q主振荡功率放大器绿光激光器

介绍了激光二极管抽运的高重复频率、大能量绿光固体激光器研制成果。激光器采用电一光调Q，主振荡功率放大器（MOPA）结构。根据放大器的设计要求，研制了抽运功率达12kW，占空比为15％的激光二极管侧抽运Nd：YAG棒状激光模块。在重复频率500Hz，脉冲宽度15ns条件下，实现了单脉冲能量1．27J的1064nm输出，光束质量β小于2．5。采用Ⅱ类相位匹配KTP晶体外腔倍频，在基频能量1J，重复频率400Hz，抽运功率密度67MW／cm^2时，获得大于405mJ的绿光输出（平均功率达160W），倍频效率约为40％，绿光光束质量β〈5。     

1550 nm全光纤单频脉冲光纤激光器

设计并实现了一种基于人眼安全波段的1550 nm全光纤化结构单频脉冲光纤激光器。激光器采用外腔稳频技术的单频半导体激光器作为种子源,其线宽1.8 kHz,功率20 mW。通过预放大器和声光调制器获得单频脉冲激光,并运用两级光纤放大器实现了线宽1.9 kHz、平均功率521 mW、脉冲宽度200 ns、重复频率10 kHz的单频脉冲光纤激光输出。输出脉冲峰值功率达260 W。输出端采用了双包层单模光纤,保证了输出激光的光束质量。整个激光器通过对种子光级联放大,结合放大器的增益控制,成功抑制了受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)效应,消除了放大过程中噪声对线宽的影响,获得了线宽稳定的单频脉冲激光。     

绿光输出达85W的全固态绿光激光器谐振腔研究

报道了对平均功率达85 W的高功率、高稳定性全固态绿光激光器谐振腔特性的研究,将高平均功率运转条件下的KTP倍频晶体的热透镜效应等效为一个薄透镜,利用ABCD传输矩阵,通过图解方法定性地讨论了KTP晶体的热透镜效应对谐振腔的稳定性和腔内激光模式的巨大影响,理论分析表明适当大小的倍频晶体热透镜焦距不但可以有效地补偿Nd:YAG棒的热透镜效应,而且对增大激光介质中的模体积和在倍频晶体处提高功率密度都有积极作用.实验中采用了80个20 W的高功率半导体激光器侧面抽运的单Nd:YAG棒、两个声光Q开关、高效平-凹谐振腔结构、对大尺寸KTP晶体进行角度偏离法补偿相位失配等技术,并通过对KTP晶体采取适当的冷却方式,最终实现了高功率内腔倍频激光器的高稳定性运转;在抽运功率约为1080 W时,实现了重复频率为20.4kHz,脉冲宽度230 ns,输出功率达85 W的高功率、高重复频率绿光(532 nm)输出,不稳定性仅为士1.03%.     

百kHz重复频率卫星激光测距

对卫星激光测距(Satellite Laser Ranging, SLR)回波数与重复频率、脉冲能量及功率关系进行分析,表明单位时间内相同激光回波数,重复频率越高所需激光脉冲能量和平均功率越低;同时对SLR单次测量精度及标准点数据精度进行分析,表明标准点时长内测距点数越多,SLR标准点精度越高。提出点火脉冲群与门控脉冲群收发交替的工作模式,解决超高重复频率后向散射光噪声对激光回波干扰问题。开发多缓冲区存储模式,使测量软件数据实时处理与储存效率提升4~6倍。基于中国科学院上海天文台60 cm口径SLR系统,以快速事件计时器、脉冲群生成器、低噪声单光子探测器等,采用脉冲间隔5 μs、单脉冲能量80 μJ的皮秒激光,收发交替脉冲群模式下实现100 kHz重复频率低轨至高轨卫星的SLR测量,近地星Hy2b标准点精度达到28.55 μm,远地星Galileo218标准点精度达到136.51 μm,为发展更高重频和高精度空间目标激光测距提供了有效方法。     

基于锁模脉冲泵浦的全光纤化超连续谱光源

采用基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)的被动锁模方案,通过三级主振荡功率放大(MOPA)结构,构建了平均输出功率39.2 W的全光纤皮秒脉冲光纤激光器。输出激光脉冲宽度10.7 ps,重复频率68 MHz。利用该皮秒光纤激光器泵浦一段4.5 m长的国产光子晶体光纤(PCF),实现了平均功率20.1 W的全光纤化结构超连续谱(SC)光纤激光输出。光谱宽度超出所用光谱仪600~1700 nm 的观测范围,在观测范围内具有10 dB 的光谱平坦度。