光泵亚毫米波激光的理论模型及计算方法( Ⅲ)——在计算中应注意的几个问题

在光泵亚毫米波激光的理论模型及计算方法( Ⅰ) 和( Ⅱ) 的基础上,提出了在计算中应注意的几个问题。如考虑选用迭代法、谐振腔的反馈特性和谐振特性、多普勒展宽效应、压力展宽效应等。     

主动探测回波激光脉冲时域特性

利用猫眼效应原理实施目标主动探测,能够快速、准确发现空间光学侦察设备。激光脉冲辐照不同的反射目标,产生回波经大气传输后具有不同的脉冲展宽,利用该特性可实现对不同目标的识别和定位。利用光子散射理论分析了近地面气溶胶散射效应引起的脉冲展宽,给出了影响脉冲展宽的主要因素,建立了猫眼和漫反射背景回波脉冲展宽的计算物理模型;为验证模型,设计并实施了基于飞艇平台的动态主动探测验证实验,实验结果表明:激光脉冲经过8～10 km斜程大气传输,猫眼和飞艇背景漫反射回波分别展宽了20～30 ns和90 ns,与物理模型计算值具有较好的一致性,验证了物理模型的正确性,该模型可为区分和提取猫眼回波信号提供理论依据。     

SET传播过程中的脉冲展宽效应

利用SPICE电路模拟研究了SET在传播过程中的脉冲展宽效应.结果表明,负载的不均衡、电路上/下拉网络驱动能力的不对称以及浮体效应是造成脉冲展宽/压缩的主要原因.本文从基本的上升/下降延迟计算出发,对脉冲展宽/压缩的机理进行了深入的分析,认为在负载均衡的条件下,SOI反相器链中的脉冲展宽效应主要归因于浮体效应和"局部"浮体效应.     

SET传播过程中的脉冲展宽效应

利用SPICE电路模拟研究了SET在传播过程中的脉冲展宽效应.结果表明,负载的不均衡、电路上/下拉网络驱动能力的不对称以及浮体效应是造成脉冲展宽/压缩的主要原因. 本文从基本的上升/下降延迟计算出发,对脉冲展宽/压缩的机理进行了深入的分析,认为在负载均衡的条件下,SOI反相器链中的脉冲展宽效应主要归因于浮体效应和“局部”浮体效应.     

PPM与LDPC光通信系统中脉冲展宽效应补偿办法

在空间光通信系统中,每个入射光脉冲都会发生脉冲展宽效应,导致时隙似然比计算时出现信息丢失,系统性能下降。文章基于PPM(脉冲相位调制)与LDPC(低密度奇偶校验码)迭代解调系统,研究了用时隙似然比加权的办法来补偿脉冲展宽带来的影响。针对服从指数分布与高斯分布两种情况的脉冲展宽,分别采用指数似然比补偿和高斯似然比补偿两种方法进行似然比计算。仿真结果表明,脉冲展宽服从标准差为0.46的高斯分布时,采用似然比补偿的方法可以使误码率性能提高1.3dB。在一定抖动范围内,高斯补偿和指数补偿具有很好的互换性。     

光纤色散效应对脉冲展宽的影响

为了研究光通信系统中光纤色散特性对通信系统传输性能的影响,基于单模光纤和多模光纤的色散特性,采用数值模拟计算的方法,对脉冲展宽、光纤内部的偏振模色散、色度色散、波导色散和模间色散的物理机制进行了分析,分别得到了折射率n=1.516和n=1.458的标准单模光纤经过10km传输距离后色散导致脉冲展宽的结果,比较了传输波长在850nm和1310nm时多模光纤的色散效应,通过对不同光源LD(Δλ=1nm)和LED(Δλ=70nm)的比较,分析了光谱宽度对脉冲展宽的影响。结果表明,纯石英光纤在系统传输波长为1.27μm处群速度色散等于0;折射率渐变多模光纤工作在常见的850nm以及1310nm通信窗口时,其模内色散表现为负色散;色度色散和模间色散引起的脉冲展宽随光纤的数值孔径、材料折射率和光源光谱线宽的增大而增大。     

目标特性对机载激光雷达接收带宽影响的数值仿真

为了提高激光雷达的接收灵敏度,分析了其照射到目标上的激光功率的时空分布特性,对不同时刻返回的激光回波功率进行积分求和,数值计算出激光回波脉冲信号波形,并在系统分析非相干探测激光雷达系统噪声特性的基础上,仿真分析了地面大目标对激光回波脉冲的展宽效应及其对接收带宽的影响.仿真结果表明:根据激光回波脉冲的展宽特性在信号频谱与噪声频谱上的差异,采用最佳接收带宽法可以有效地抑制背景噪声,大幅度地提高激光雷达的信噪比,实现激光雷达以较小的发射功率获得较大的探测距离的目的.     

啁啾脉冲激光放大系统中展宽倍数的计算与实验测量

通过简单方法,对常用光栅展宽器的展宽倍数进行估算,分析了影响展宽器展宽倍数的因素,并将计算结果与实验中的两种测量的结果作了比较,证实了计算的准确性,为分析飞秒锁模脉冲经过展宽器后脉冲的展宽情况提供了有效手段。     

时域展宽特性对相关检测性能的影响分析

时域展宽是激光回波脉冲的重要特性,也是影响激光雷达相关检测性能的重要因素。建立了考虑时域展宽特性的激光回波脉冲数学模型,以此模型和相关检测原理为基础分析了时域展宽特性对相关检测测距误差、信噪比的影响,从激光发射脉冲的近高斯能量时间分布模型出发,推导了时域展宽系数的计算公式,并对理论分析和计算结果进行了仿真论证。仿真结果表明:回波脉冲时域展宽系数与其衰减系数成反比,与发射脉冲上升时间成正比,随着时域展宽系数的增大,激光雷达相关检测系统测距误差增大,信噪比降低。     

基于2.32μm TDL的CO吸收光谱参数测量北大核心CSCD

采用2.32μm的可调谐二极管激光器(TDL)测量了一氧化碳(CO)气体v(0→2)振动带R转动带从R(4)至R(12)9条谱线在N_(2)为背景气下的碰撞展宽系数,且与HITRAN数据库对比并给出了谱线展宽系数随转动量子数的变化关系。本文通过采用WM-DAS方法提高实验信噪比,在不同压力(1~100 kPa)下采用Voigt(VP),Rautian(RP),Galatry(GP)和Speed-dependent Voigt(SDVP)模型对实验测量吸收率进行拟合并探究各类线型不同参数随压力的变化关系。本文还以R(10)谱线为例测量了该谱线在He,N_(2)和Ar为背景气下的碰撞展宽系数和压力频移系数,并探究了Dicke收敛系数和速度依赖性系数随压力变化的非线性关系,且通过定义残差-吸收峰值比,分析了不同背景气下R(10)谱线的收敛效应。最后,本文结合该波长范围内CO谱线的吸收强度、展宽特性和抗H_(2)O分子光谱干扰能力,推荐R(6)和R(10)两条谱线用于工业现场测量CO浓度。     

尾流气泡对脉冲激光时间展宽的研究

为了研究气泡对激光的时间展宽问题,采用米氏光散射理论,对气泡的光散射特性以及多次散射效应进行了理论分析,并开展了实验研究,得到了气泡在不同距离时后向光散射信号波形。结果表明,气泡对激光脉冲的传输有明显的影响,导致了脉冲激光在时间上的展宽,信号展宽的宽度随距离近似呈二次曲线变化。     

非均匀热气体红外辐射特性计算与仿真

非均匀热气体由于内部空间点的温度、密度、组分及压力各不相同,其红外辐射特性的计算十分困难.为了计算非均匀热气体的红外辐射特性,首先从分析非均匀热气体特点和均匀热气体的谱带模型出发,以原子分子辐射理论为基础,结合谱线的碰撞展宽效应和多普勒展宽效应,利用单谱带模型Cunis-Godson(C-G)近似法对非均匀热气体谱带模型所用到的谱带模型参数进行了计算,提出一种计算非均匀热气体红外辐射特性的方法.最后,应用此方法计算了某单发动机喷气式飞机在非加力状态下尾焰3～5μm的红外辐射强度,计算结果与文献中给出的实际测量的尾焰红外辐射数据能较好地吻合,计算仿真结果验证了该方法的正确性.     

利用光线追迹法计算展宽器结构参数对色散量的影响

利用光线追迹法，对一种常用光栅展宽器的色散量进行了计算，数值分析了展宽器各组成部分的相对位置发迹对二阶色散及产生像差的影响，为展宽器各元件的精确调节提供了依据。     

用作飞秒脉冲展宽器的新型多膜光栅的设计

采用薄膜光学技术,在传统反射式闪耀光栅的表面镀以多层薄膜以改善传统光栅的衍射特性和反射特性,用于控制展宽后脉冲的光谱强度分布,以及控制超短脉冲放大过程中的增益窄化效应。理论计算和实验表明,应用多膜反射式闪耀光栅作为展宽器件,种子脉冲的能量损耗小、展宽效率高,且放大过程中的增益窄化效应得到很好的补偿,另外,采用多膜反射式闪耀光栅还有方便实验调节,简化CPA系统,便于集成化的优点。     

光参量效应中低阶色散对超短高斯脉冲展宽的影响

以宽度为50 fs的超短脉冲和负单轴晶体CsLiB6O10(CLBO)为例,对非线性光学晶体中低阶群速度色散(GVD)导致的超短高斯脉冲和超高斯脉冲的脉冲展宽进行了理论分析.在光参量相互作用过程中,对初始无啁啾和有啁啾调制的超短高斯脉冲的脉冲展宽机制和因素进行了数值计算,得出群速度色散导致超短脉冲的寻常光比非寻常光脉冲展宽更严重;波长越短,脉冲展宽越大;当晶体长度等于色散长度时,脉冲宽度增加为初始时的2倍,色散长度越短,超短脉冲展宽越明显.     

低反光纤光栅对光纤激光器光谱展宽影响研究

光纤激光器中的自相位调制(SPM)以及低功率下的空间烧孔效应(SHB)会导致输出光谱展宽。分析了SPM、SHB导致光谱展宽的理论模型,讨论了低反光纤光栅(OC)的带宽与反射率对激光器输出光谱展宽的影响。实验研究了不同输出功率下激光器输出光谱随OC带宽及反射率的变化关系。结果表明减小OC带宽能够有效减缓SPM、SHB导致的输出光谱展宽;减小OC反射率能降低SPM导致的输出光谱展宽速度,却促进了SHB导致的光谱展宽;但相同改变量的情况下,OC带宽所带来的影响较反射率更为显著。实验结果与理论分析一致,对光谱合束及窄线宽高功率光纤激光器的设计与应用具有重要意义。     

高展宽量八通展宽器的设计制作

在啁啾脉冲放大(CPA)技术中,提高展宽器的展宽量能有效地提高激光器的输出能力,而展宽器的展宽量与其构型及参数设计紧密相关,因此可以通过构型的选取及参数的优化来提高展宽器的展宽量。用光线追迹法导出了单光栅单透镜展宽器构型的设计解析式,利用这些解析式可以进行展宽器参数的优化,在此基础上设计制作了高展宽量的八通展宽器,并利用所研制的展宽器,将中心波长为1053 nm的93 fs脉冲展宽到4.35 ns。在该构型展宽器中,通过控制焦平面反射镜处的光强分布可以较方便地进行光谱整形,在实验中得到了和声光色散滤波器整形后类似的中心凹陷的波形。     

抗海面箔条干扰技术

由于箔条具有使用简单、价格低廉等特点,箔条弹在海战中使用频繁。针对箔条弹可对雷达进行有效干扰的问题,文中以箔条云回波的频谱展宽效应特征为出发点,通过统计频谱宽度的方法区分舰船目标和箔条云。实验证明,在海战情况下,该方法可以有效地达到抗箔条干扰的目的。     

利用脉冲展宽特性识别云和地面目标

介绍了一种利用脉冲展宽特性识别云和地面目标的方法—蒙特卡罗方法,来排除大气中云对目标的干扰。利用包含返回概率模型的半解析蒙特卡罗方法模拟返回信号的展宽特性,大大提高了计算效率。在对δs函数入射波脉冲展宽分析的基础上,对脉宽分别为1ns、100ns、1μs的矩形入射波的脉冲展宽进行了模拟分析。结果显示:当入射波脉宽为1ns和100ns时,云层对波形的展宽明显大于地面目标的展宽,易于区分;当入射波脉宽为1μs时,云层和地面目标的展宽作用相当,不易区分;对于更加稠密的积雨云与层云,脉冲展宽相对于积云变窄。这些为实际应用中入射波脉宽以及探测器参数的选择提供了指导作用。     

啁啾高斯脉冲在光纤中传输的脉冲展宽研究

通过求解非线性薛定谔方程,研究了线性光纤中色散导致的具有初始频率啁啾的高斯脉冲展宽的详细物理过程。得到高斯脉冲在光纤中色散所致的脉冲展宽的特性,啁啾因子对脉冲展宽的影响,并讨论了光纤色散对不同宽度脉）中的影响,对色散补偿等技术的研究具有一定的参考价值。