多入射方向的偏振分光棱镜的结构及其应用

多入射方向的偏振分光棱镜的结构,不同于传统偏振分光棱镜的立方体结构,使得入射光从不同方向入射到分光面上,通过合理的结构设计,使入射光在分光面上达到分光的角度要求,达到分光的目的。另外,这种新型的多入射方向的分光棱镜的结构可以有效地降低偏振分光棱镜的厚度,扩大偏振分光棱镜的适用范围。本文基于硅基液晶显示技术在HMD系统上的应用介绍了多入射方向的偏振分光棱镜的结构及其应用效果。     

激光等离子体对光束阻断效应的研究

实验中利用锁模Nd:YAG激光(脉冲串时间长度59.2 ns,单脉冲宽度20.69 ns)经透镜聚焦于大气中,诱导大气发生光学击穿,在不同的入射光强下,对经过光致等离子体的透射光与入射光的时间波形进行了测量.测量结果表明:入射光束经过光致等离子体时受到强烈吸收,从而表现出光致等离子体对入射光束的阻断效应.还发现入射光越强,光致等离子体区域内部电子的扩散损耗相对越小,入射光受光致等离子体阻断的效果越明显.当锁模Nd:YAG激光连续两次通过等离子体区域,随着光束通过等离子体长度的增加,光束受阻程度变得更加严重.     

多路脉冲激光参数分时法在线测试技术研究

在高功率准分子系统中,为实现窄脉宽激光放大和满足辐照均匀性的要求,采用了光学角多路技术,系统光束数量多、传输环节多,具有很高的光学复杂性。为保证系统高效稳定运行,需要实时监测和评价各个环节的工作状态,即对"平台"中每一放大级和众多光束的激光参数进行在线诊断和测量。为此,针对高功率准分子激光系统的特点,提出了一种分时测量技术,并进行了原理性实验研究。该技术可采用一套测试元件实现多路激光能量和波形参数的在线测量,优点是不仅可以提高测试效率,可降低测试系统的复杂度和造价,而且可避免由不同测量元件带来的系统误差。     

激光参数对活塞热疲劳实验的影响

基于强度分布变换的高功率激光进行了活塞热疲劳模拟实验。为摸索该实验系统下的实验参数,深入研究了激光能量分布、加载功率、加载周期(升温时间和降温时间)和输出波形等对活塞热疲劳实验的影响,实验表明调节这些参数可以控制活塞顶部温度场分布、温度循环的平均温度、温度差和循环频率,并结合热疲劳相关理论探讨了激光参数对热疲劳寿命影响的规律。     

积分球出射照度与入射光束几何性质关系分析

针对采用积分球作为光收集器的光学透射率测量过程中,存在透射率测量值超出100%这一非正常情况。建立了积分球出射照度与入射光束几何性质的关系模型,利用该模型进行了仿真实验。对于直径300 mm,开口比为1%的积分球,入射光束几何性质改变引起的积分球出射照度相对误差为3.4%,采用该积分球测量透射率造成的误差可达3.4%,与实测结果吻合。光斑位置和分布的随机性导致透射率测量值超出100%。该误差源具有隐蔽性和不可避免性,研究该误差源对于提高积分球式光度测量精度具有重要的理论和工程价值。     

连续波腔衰荡技术原理推导及实验研究

基于无源腔的Q值定义,根据能量守恒原理,对连续波腔衰荡技术测量原理进行了推导,并基于多光束干涉理论,就入射光关断时间对腔出射光强信号衰荡线形及测量结果的影响进行了数值模拟和分析,分析表明：入射光的关断时间很大程度上决定着腔出射光功率信号的衰减线形,如果要消除入射光关断时间对测量结果的影响,入射光关断必须小于腔衰荡时间的1%。根据理论分析要求建立了一套测量系统,并对腔损耗约为50ppm的低损无源腔进行了实际测量,实验结果的分析显示,该测量系统测量误差约为0．15ppm。     

湿度对偏振光传输特性影响的研究

城市污染的日益增强导致大气环境中烟煤粒子含量不断上升,为了进一步研究烟煤环境下湿度对偏振光传输特性的影响,研究气溶胶粒子的半径及折射率等参数随湿度的改变情况,并采用蒙特卡洛的仿真方法,模拟不同入射偏振光在烟煤介质中的传输过程,得到出射光斯托克斯参量的仿真图样及偏振特性。结果表明:烟煤环境下相对湿度的变化对偏振特性有规律性的影响。随着相对湿度的增加,线偏振光入射时出射光的偏振特性逐渐增强,且能很好的保持自身的偏振态;圆偏振光入射时出射光的偏振度在相对湿度为85%时达到最大值,偏振度及偏振角波动较大且无明显规律。因此随着相对湿度的增加入射光为线偏振光时出射光在保持偏振态及偏振特性增强方面更具优势。     

可调谐LED光谱与积分球算法的乙炔检测研究

LED光源经过光纤光栅和压电陶瓷的波长调制,获得与乙炔气体吸收峰对应的窄带反射出射光,并射入装有一定乙炔体积分数气体的积分球内,由于乙炔气体对入射光的选择性吸收及积分球壁的衰减作用,光强减弱,利用积分球算法算出无乙炔气体下积分球的衰减率,进而求出由于气体吸收而衰减的光强差,最后计算出乙炔气体体积分数,为乙炔气体体积分数检测提供了一种新方法.实验表明,该检测方法准确度高,重复性好.     

基于自聚焦透镜耦合光纤取样的高功率激光装置调频脉冲时间波形测量技术

提出了一种基于自聚焦透镜耦合单模光纤测量调频小宽带脉冲时间波形的技术方案。理论分析和实验结果表明:自聚焦透镜耦合光纤的取样能量随透镜与光束夹角增大而减小,但同一角度下各级次光谱耦合效率一致,取样过程不会引入附加的调频-调幅(FM-AM)效应,耦合效率下降一半时允许的光束角漂量为1mrad。该技术方案除具有便于集成、低成本、抗光束扰动能力和电磁干扰能力强等优点外,还通过自聚焦透镜扩大了取样面积,有效提高了取样能量,并抑制了光束截面能量起伏对测量系统的不良影响。该技术方案为高功率激光装置脉冲波形测量技术的改进研究提供了一定的理论和实验基础。     

高功率装置紫外脉冲的光纤取样技术研究

针对高功率激光装置激光束数多、脉冲短、角漂移大等问题,在紫外光时间脉冲波形测试中采用成像光纤耦合取样技术,理论设计并制作透镜成像的耦合取样系统,实验测试该系统对时间脉冲波形测试产生影响。实验结果表明,取样系统耦合角度范围大于±1’、对光束平移量在±2mm范围能够不失真的探测时间波形,脉冲幅度起伏变化在2倍,时间脉冲波形测试畸变量在20ps内。该技术有效地解决了时间脉冲波形测试中稳定耦合问题,保证了测量系统的可靠性。     

神光-Ⅲ原型装置多路激光近红外时间波形测量系统

为了解决大型高功率激光装置激光脉冲宽度窄、光束口径大、路束多,以及输出光束远场漂移量大等特点导致的激光脉冲时间波形难以准确测量的难题,研制了多路激光近红外时间波形测量系统.该系统使用光束匀滑进行光纤耦合取样的方法,采用时分复用的光纤传输技术,实现了神光-Ⅲ原型装置8路纳秒激光脉冲时间波形的测试.结果表明,通过对2008年度原型装置时间波形的测量数据分析,该测量系统的测量相对扩展不确定度小于2.5%,提高了系统的抗干扰能力和可靠性,同时也降低了激光装置参量诊断系统的建造成本.     

基于利特罗式激光反馈光栅干涉的微位移测量技术

通过在激光反馈干涉(LFI)系统中引入衍射光栅,提出了一种基于利特罗结构的激光反馈光栅干涉(LFGI)技术,用于一维和二维精密位移的测量。半导体激光器出射的光束以利特罗条件入射至反射式全息光栅,衍射光沿入射光方向返回激光腔后,腔内会发生激光反馈干涉效应。引入正弦相位调制解调技术,高精度地测量一维和二维微位移。利特罗结构和LFGI系统具有自准直性好、结构紧凑、易于操作和系统稳定性高的优点。实验结果表明,利特罗式LFGI系统的位移测量精度可以达到10 nm量级。     

神光-Ⅲ原型装置多路激光近红外时间波形测量系统

为了解决大型高功率激光装置激光脉冲宽度窄、光束口径大、路束多,以及输出光束远场漂移量大等特点导致的激光脉冲时间波形难以准确测量的难题,研制了多路激光近红外时间波形测量系统。该系统使用光束匀滑进行光纤耦合取样的方法,采用时分复用的光纤传输技术,实现了神光-Ⅲ原型装置8路纳秒激光脉冲时间波形的测试。结果表明,通过对2008年度原型装置时间波形的测量数据分析,该测量系统的测量相对扩展不确定度小于2.5%,提高了系统的抗干扰能力和可靠性,同时也降低了激光装置参量诊断系统的建造成本。     

入射光的偏振和强度对分光镜透／反比的影响

采用能量流分析法推导了一束线偏振光经分光镜分光形成透射／反射光的能量表达式。分别讨论了入射光强度不变而偏振方向变化以及二者同时变化对分光镜透／反比的影响。通过旋转主光路中的偏振片来模拟入射光的偏振方向和强度变化，实验验证了分光比的变化规律。     

无外场作用下掺甲基红向列液晶光折变特性实验研究

制备了掺杂甲基红(质量分数1%)向列液晶薄膜样品,测量了Ar+激光的透过率与样品厚度之间的关系,发现激光的偏振方向与液晶指向矢方向垂直时,透射率最大。选择Ar+激光作为写入光,重点利用二波耦合实验测量了一阶衍射效率随样品厚度、入射光夹角、两束入射光光强、两束入射光光强比的变化关系,实验发现当液晶薄膜样品厚度为32μm,两束入射光夹角为2°,两束入射光光强分别为80mW/cm2且光强比为1∶1时具有最佳的全息存储实验条件。     

高功率激光装置三倍频脉冲时间波形测量技术

高功率激光装置三倍频时间波形测量采用无畸变的光栅衍射取样技术、高速光电管和示波器探测设备及多通道复用技术,给出了靶场多路三倍频光束的高时间分辨和高动态范围的时间波形测试,详细的测试技术和方法分析对高功率激光装置三倍频时间波形精密诊断提供技术支撑。     

用Monte-Carlo法模拟积分球的光功率波形变换特性

运用Monte-Carlo法原理,用matlab软件编程,通过随机抽样,追迹了100000个光子,对一半径为100mm,漫反射率为0.85的积分球的光功率波形变换特性进行了模拟.结果显示,当入射光为脉宽无限窄的Dirac函数时,积分球的出射光功率波形是在指数曲线的基础上叠加了一个O平均值的振荡曲线,振荡幅度随时间很快降低,而且随统计时间间隔的增大趋向于0.在统计时间间隔与单次最大反射时间相比较大时,模拟结果与解析解基本吻合;在统计时间间隔与单次最大反射时间相当或更短时,对模拟数据可以进行指数拟合,相关系数一般大于0.98.拟合指数曲线给出的时间常数与解析解基本一致.     

立方反射镜失调特性的研究

结合理想坐标系下立方镜镜面微小倾斜后其三个平面法线坐标，利用刚体微量转动的反射法线向量公式，获得非理想立方镜反射矩阵；为了研究在光斜入射时镜面倾斜对出射光方向的影响，利用立方镜绕顶点旋转等效于光斜入射的方法，计算出光束夹角δ与单一镜面偏差角ε和立方镜旋转角θ之间的关系式；对于理想情况下的立方镜，利用几何光学可以证明出射光与入射光不但平行，而且过顶点作任意截面交于两光线所得的两个交点关于顶点对称，从而计算出立方镜绕顶点以外任意轴旋转造成出射光束相对原出射光的偏移量与旋转角关系式，理论计算值与实验数据吻合得很好；介绍了立方镜的制作、调整及检测方法，偏差角的测量与计算。     

量热阵列测量远场激光能量的重构方法

为了建立基于探头背光面温升测量重构入射激光能量的方法,推导出了单元探头内温度场分布的半解析表达式,分析确定了重构入射激光能量的特征要素。通过引入标定系数,获得了用探头背光面最大温升重构入射激光能量以及计算标定系数的公式。数值计算讨论了探头尺寸(圆柱体探头的直径与长度)、入射激光特性(表面反射系数与照射时间)、环境条件(环境温度与对流换热系数)对标定系数的影响。通过对重构能量的对流-辐射和靶面反射系数修正,使修正后的重构算法适用于不同环境条件下、对不同波长激光远场参数测量的需求,且量热阵列各单元测量结果有很好的一致性,可有效地提高远场激光能量的测量精度。     

两段式双五棱镜光束平移系统精度研究

在光学扫描和光电检测系统中,为了实现远距离、大范围光束平移的目的,对由双五棱镜构成的光束平移系统进行精度分析,并利用自准直法对系统的平行性精度进行测试。其组件中两个五棱镜摆放位置相对于理论位置存在误差,导致系统中出射光与入射光不平行,利用自准直法对系统进行光学装调,以保证出射光与入射光的平行性。但该平移组件在工作时通过转动副绕入射光轴旋转,系统会相对于某一机械轴产生转动误差,导致双五棱镜系统坐标转换矩阵发生变化,出射光与入射光不再平行。通过分析五棱镜的方位误差和系统整体的转动误差与系统误差之间的非线性关系,建立数学模型,并利用仿真实验加以验证理论分析的正确性,最后提出减小系统误差的解决方案,将其组件平移精度控制到10″以内,为棱镜在光束折转时的误差分析提供借鉴。