光纤激光阵列锁相和孔径装填技术研究进展

介绍了几种典型的激光阵列锁相和孔径装填技术,重点综述了国内外光纤激光阵列锁相和孔径装填技术的研究进展,最后对高功率高光束质量激光光源的应用和发展前景进行了展望.     

叠层材料激光环切制孔温度场仿真分析

为解决叠层材料激光环切制孔尺寸精度的问题,利用有限元软件对铝合金叠层材料进行激光环切制孔温度场仿真模拟,并通过APDL编程语言控制激光移动路径及激光参数。分析上表面的不同时刻和X-Z剖面的不同位置最高温度分布情况,研究了激光参数对孔位置和孔径值的影响规律,获得半径补偿量的大小。结果表明,在上表面中,随着时间推移,最高温度呈现缓慢的上升趋势且扩散面积逐渐增大,在X-Z剖面中,最高温度从上到下呈现递减趋势;随着激光功率的增加和移动速度的降低,入口孔径均大于出口孔径,孔的形貌呈现倒锥型,同时发现上出孔径均略小于下入孔径;在不同激光功率和移动速度下完成4 mm孔径时,半径补偿均在0.22 mm左右,可为实际激光制孔的半径补偿提供参考。     

多谱段共孔径跟踪/引导系统光学设计

共孔径光学结构可以充分利用长焦距、大孔径光学系统高分辨率的特点,是光学系统发展的重要方向之一。文中设计了一套可见光成像、激光成像和激光测高共孔径的跟踪引导系统。共孔径设计结合了高分辨率的可见光系统与高测量精度的激光系统,使系统既可以获得目标的高清图像,又可以得到目标的相对位置信息。同时,共孔径光学结构可以压缩系统尺寸,降低光学系统在跟踪过程中的转动惯量,有利于系统的整体实现。可见光子系统的焦距1 200 mm,F数6,视场1.2;1 064 nm激光成像子系统焦距1 500 mm,F数7.5。各系统的成像质量均接近衍射极限,并通过公差分析验证了系统的公差分配结果。     

基于阵列接收机的大气激光通信系统性能研究

在Rytov的激光大气湍流传输理论基础上,考虑到大气湍流引起的强度起伏、孔径平均效应和阵列接收机数量对激光通信系统性能的影响,建立了描述基于阵列接收机系统的孔径平均因子、有效信噪比和误码率的数学模型,数值模拟了湍流强弱、孔径尺寸和接收机数量对系统通信质量的影响。结果表明:中强湍流区对误码率和孔径平均因子的影响明显大于弱湍流区,大尺寸接收孔径可以有效减小强度起伏。当湍流强度一定时,增加接收机的数量可以大幅提高系统的信噪比和有效通信距离,对工程上提高激光通信的质量具有一定的指导意义。     

激光外差实验研究

利用激光外差探测原理实现综合孔径激光雷达探测越来越受到关注。通过二极管泵浦固体激光外差探测实验,实现了实验平台上接受目标反射微弱回波信号的外差探测,得到了信号光功率与本振光功率之间数量级差别的阈值范围,总结了实现激光外差探测应用于综合孔径激光雷达领域的条件。     

不锈钢箔的脉冲光纤激光器精密微孔加工研究

光纤激光器是近年来发展迅猛的一种激光源,它具有光束质量好、体积小、免维护等许多优点.采用峰值功率为10 kw,最大平均功率为0.8 W的脉冲光纤激光器对50 μm的不锈钢箔进行微孔精密加工,得到了典型孔径为10 μm的微孔,最小孔径可以达到3 μm;同时得到了激光功率、激光脉冲重复频率、钻孔持续时间等因素与孔径大小的关系曲线,并对孔径大小以及影响孔径质量的这些因素进行了分析.实验表明用脉冲光纤激光器对不锈钢材料进行微孔加工是一种非常有效的方法.     

16km水平激光链路孔径接收条件下信号衰落规律

为了研究远距离水平激光链路接收光强起伏的统计特性,进行了16km水平激光传输实验.介绍了大气闪烁的对数正态与伽马-伽马分布模型,根据实验结果分析了孔径接收下信号衰落的统计规律.实验结果表明:伽马-伽马与对数正态分布在较大孔径接收时都能较好地分析远距离传输的光强起伏分布,而且分别是信号性能的上限与下限.采用何种模型要根据实际接收情况,较小孔径接收时,采用伽马-伽马较为准确.由于孔径平均效应和闪烁饱和效应,10-6衰落几率条件下16km激光链路孔径接收衰落阈值只有6～10dB.     

基于动态阿贝原则的高精度激光深孔孔径测量

基于动态阿贝原则提出了激光深孔孔径测量原理,设计了一种利用双频激光干涉技术的深孔孔径超精密测量系统。该系统将双频激光干涉测长技术与超精密双向电容位移传感器瞄准方法有机结合在一起,通过电容位移传感瞄准、测长光路和深度位置监测光路的合理设计,保证了在深孔任意截面对孔径的测量都符合阿贝原则。分别用Ф5～Ф16mm6种环规对系统进行验证。实验表明,该系统可实现深孔任意截面孔径的高精度测量,测量分辨力达10nm,不确定度达0.1μm。     

飞秒激光成丝制备毫米级深孔

利用飞秒激光成丝效应对2mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯材料在空气环境下进行打孔实验,总结光丝长度随飞秒激光平均功率的变化,利用扫描电子显微镜初步分析深微孔的表面形貌并测量孔径的大小,然后分析孔径、深宽比以及锥度随激光平均功率和加工时间的变化规律。研究结果表明,随着飞秒激光平均功率的增大,孔径大小和锥度均有着明显的增大趋势,且深宽比下降。随着加工时间的增加,孔径变大,深宽比下降,锥度先增大后减小再增大,但总体上呈现增大趋势。     

激光外差对不合作目标的探测研究

利用激光外差探测原理实现综合孔径激光雷达探测越来越受到关注.文中通过二极管泵浦固体激光外差探测实验,实现了实验平台上接受目标反射微弱回波信号的外差探测,并进一步实现了对表面粗糙的若干漫反射目标,即不合作目标的外差探测.总结了实现激光外差探测应用于综合孔径激光雷达领域的必要条件.     

菲涅耳菱体隔光器的实验研究

一、引言 在用于激光加热等离子体研究的高功率激光系统中,为了防止从靶面及等离子体反馈回激光放大器序列的反向激光被进一步放大到足以毁坏光路中光学元件的功率密度,已经采用相应孔径的普克耳斯盒电光开关和磁光开关等光学隔离器(也称为隔光器),达到良好的效果。进一步扩大隔光器的通光孔径时,我们为六束高功率激光装置LGJ—Ⅱ研制成60毫米孔径的菲涅耳菱体隔光器,作为末级隔光器。本文描述有关的实验结果。     

全自动可变光阑测量激光发散角的工程化研究

激光远场发散角是评价激光光束质量的重要指标,根据远场发散角的定义和国际惯例,实际工程应用中设计出全自动可变光阑来测量激光远场发散角。在测量时利用图像处理和一阶重心距算法计算光斑中心,使可变光阑中心与待测激光束中心对准。测试系统自动由小到大变化光阑孔径,同时用探测器测量透过的激光能量。对光阑孔径和通过光阑的能量进行曲线拟合,算出总能量为1/e2时光阑的孔径,即对应于该处的激光束宽,从而可计算得出激光远场发散角。上述测量过程是利用虚拟仪器技术来全自动实现的,该激光远场发散角测试系统经过了项目验收和实际工程检验。     

光纤激光在微喷灌塑料管上的打孔实验

农业用的塑料微喷灌管上要加工0.3～1 mm的小孔,传统的机械冲孔方式不能很好地满足质量要求。用激光在微喷灌管材上打孔,有对材料适应性好,加工效率高,孔口无毛刺等优点, 提高了产品质量和产品种类。实验采取连续光纤激光和脉冲光纤激光对聚乙烯(Polyethylene,PE)管进行打孔,得到了激光功率与加工孔径之间的关系和能量通量与加工孔径之间的关系。最后,用连续光纤激光和脉冲光纤激光均能够加工出符合要求的孔。     

基于多路窄线宽光纤激光的9.6kW共孔径光谱合成光源

理论和实验研究了一种基于双多层电介质膜(MLD)光栅色散补偿构型设计的光谱合成激光器,该激光器既实现了多路光纤激光高光束质量共孔径光谱合成输出,也降低了单路光纤激光的线宽要求。优化了该激光器的光束质量退化分析模型,分析了激光波长、光栅色散和光谱结构对光谱合成输出光束质量的影响,实验研究了不同功率水平下的光谱合成输出光束质量变化特性,获得了最大输出功率为9.6kW的高光束质量共孔径合成输出,光束质量M2为2.9,合成效率达到92.0%。通过进一步压缩每路光纤激光的线宽并提升其功率或增加合成路数,可以获得更高功率和更高光束质量水平的共孔径激光输出。     

湍流大气中的激光外差探测

采用10.6μm零拍外差接收方案,进行了激光辐射空间相干性退化的检测。文中列出了外差效率与归一化接收孔径的关系曲线,当接收孔孔径大于相干直径时,随着归一化接收孔径增大,外差效率将显著下降;而当接收孔径小于相干直径时,结果恰相反。     

远程激光拉曼光谱探测系统前置光学系统设计

为实现远程物质高空间分辨力的拉曼光谱探测,设计了共孔径远程激光拉曼光谱探测系统的前置光学系统。光学系统采用共孔径结构,实现了激光发射系统、拉曼光收集系统及微区成像系统的共孔径、共光轴。设计的光学系统能够对激光进行聚焦以缩小激光光斑尺寸,使系统具有优于0.125 mrad的空间分辨率。该拉曼光收集透镜有效通光口径为50 mm,拉曼散射光在耦合透镜焦平面上的像高小于25m,可以与50m狭缝宽度的光谱仪进行空间光耦合,也可使用50m芯径的光纤来耦合光学系统与光谱仪。该系统可用于远距离物质的激光聚焦、拉曼光谱探测及微区成像。     

孔径不匹配在星地光通信中对对准信息的影响

介绍了星地光通信中因地面站激光发射天线孔径和光探测器孔径不匹配而引起的对准误差。通过相位屏数值模拟大气湍流效应,分析了大气湍流效应对对准误差的影响,并分析在两孔径为同心及非同心情况下,随孔径大小的变化对准信息误差的变化趋势,指出了合理的孔径配置。     

综合孔径雷达中激光源的工作频率

本文以综合孔径雷达的线性调频信号为出发点、利用取样定理讨论了综合孔径雷达的激光源的脉冲间隔Ｔ，并估计了它的数量级。     

激光脉冲和工件参数对激光微孔加工质量的影响

研究了激光功率、重复频率、焦点位置以及光束质量对激光打孔质量的影响。通过调整和优化激光脉冲、聚焦光学系统和工件参数，在０．１～２ｍｍ厚的不同材料上打出孔径０．０６～０．２ｍｍ的精密小孔。利用ＴＥＭ００模激光脉冲和望远镜扩束后再聚焦的办法，加工出孔径２５～３０ｍｍ的微孔。     

脉冲激光对单晶硅打孔的研究

采用波长为1064 nm的重复脉冲激光对单晶硅进行打孔实验,观测了小孔烧蚀深度以及表面孔径大小随脉冲个数的变化规律,并对激光辐照单晶硅的热力学过程进行了理论分析。研究结果表明:入射激光在穿过等离子体到达单晶硅的表面时,光斑尺寸会有所增大,小孔孔径会大于聚焦光束尺寸。小孔内的等离子体本身具有很高的温度,高温等离子体在膨胀过程中会通过热辐射和热传导等过程向小孔周围传递热量,这也会对小孔孔径起到一定的拓展作用。当脉冲个数低于6个时,孔深随入射脉冲个数的增加近似线性增长,而后开始缓慢增长直至保持不变,这主要是由激光等离子体屏蔽效应决定的。