环形泵浦相位匹配CARS技术的匹配方式和空间分辨率的实验研究

通过对环形泵辅相位匹配方式的解剖，发现所得到的CARS信号是由多种相让匹配方式产生的，分析了各种匹配方式产生的CARS强度的份额与空间分布。通过光路设计可得到与交叉BOXCARS相比拟的空间分辨率。计算和实验都证实了两束泵浦光与斯托克斯光在透镜表面上的张角有一最佳值，这种相位匹配方式是不存在相位失配的BOXCARS，并充分利用了环形泵浦束的能量。     

场转动环形非稳腔的空间平均效应研究

将光束绕光轴旋转的思想应用于改善固体激光谐振腔失调,增益不均匀,泵浦热效应等问题。设计了束转动环形非稳固体激光腔。采用快速傅里叶变换的方法,对束转动环形非稳腔的空间平均效应进行了数值模拟,发现对于固体激光器不同的泵浦方式,光束旋转产生的空间平均效应不同,其效果与光束旋转特点、泵浦方式、腔的放大率、束转动角度等有关。本文对几种不同形式的增益不均匀进行计算,对于增益介质横截面一维方向不均匀和角向不均匀的情况,束转动90°环形非稳腔能有效补偿空间不均匀。得到的结论为束转动90°环形非稳腔的优化设计和应用提供理论依据。     

温度调谐准相位匹配光学参量振荡器

对准连续泵浦的准相位匹配(QPM)光参量振荡器(OPO)进行了实验研究。利用二极管(LD)泵浦的Nd：YAG激光器，泵浦周期为29μm的周期极化LiNbO3(PPLN)晶体，得到信号光(1500nm)的高输出功率(平均功率＞100mW)，并且通过调谐晶体温度(80—250℃)，获得了信号光输出波长的调谐范围为1．48一1．54μm。     

KTP晶体光参量过程的相位匹配

讨论了双轴晶体中参量过程的角度匹配计算方法,计算了KTP晶体对于355、532nm和1064nm波长泵浦的光参量过程的角度匹配曲线;对于三个主平面内的Ⅱ类相位匹配曲线的特点作了分析和讨论。实验验证了532nm波长泵浦的光参量过程,在X-Z平面内的Ⅱ类相位匹配角度值与理论计算的结果一致。     

LD端面泵浦355 nm紫外激光器

采用大功率激光二极管模块光纤耦合端面泵浦Nd∶YVO4晶体,声光调Q,腔外三倍频方式实现355 nm紫外激光输出。通过计算设计了高效稳定基频谐振腔,在腔外采用LBOⅠ类相位匹配和LBOⅡ类相位匹配的方式倍频与和频,并采用4 f系统对1064 nm基频光和532 nm倍频光进行聚焦,减小了球差效应对光束的影响以提高和频效率。在泵浦功率32.3 W,得到15.9 W 1064 nm连续基频激光输出,光光效率49%。在20 kHz调制频率下,得到1.45 W355 nm紫外激光输出。通过Spiricon光束质量分析仪进行测试,在大功率输出时,紫外激光光束质量因子M2x=1.6,M2y=1.56。     

空间交叉CARS测量NO气体的温度

测量了不同温度下NO气体的空间交叉相位匹配CARS光谱,并将其与理论计算谱进行拟合,从而实现了用CARS方法测量系统中点的温度。     

II类非临界相位匹配下近红外波段的差频产生器

报道了一个利用差频技术(DFG)产生近红外的装置。在此系统中1.064 μm半导体激光器作为信号光和0.56~0.71 μm染料激光器作为泵浦光,通过三硼酸锂晶体(LBO)在非线性相互作用下产生较高功率的可调谐近红外激光,其波长范围为1.4~2.2 μm。通过温度调谐非临界相位匹配(NCPM)技术,在II类相位匹配方式下实现差频发生器。其平均输出功率为35 mW以上。在1.6 μm近红外波段激光的转化效率可达到12.2%,具有宽调谐、窄线宽的特点,具有较为广泛的应用范围。     

光声喇曼效应中光束的空间耦合与几何匹配

推导出在两束高斯光束作用下相干喇曼跃迁几率的空间分布函数，讨论了聚焦作用以及泵浦光束和斯托克斯光束间的空间耦合、几何参数匹配对光声喇曼信号的影响。结果表明，光声喇曼光谱（PARS）信号主要产生于两激光束焦面附近的相互作用区域；当两光束的共焦参数相等时，喇曼转换效率最高，随着两光束几何参数失匹配茺的增加，RARS信号将减弱。另外，光束间的空间耦合需要精确调整以获得最佳的PARS信号输出，尤其是横向偏差的影响特别敏感。     

KTP和KTA晶体在3～6THz波段的折射率测量

利用太赫兹(THz)光参量发生器,测量了KTP晶 体和KTA晶体在3~6THz波段的折射率。利用一束 脉冲宽为5ns的Nd:YAG 1064nm激光作为泵浦源,分别泵浦KTP晶体 和KTA晶体,获得了一束宽谱 的Stokes光;测量了泵浦光和产生的Stokes光的非共线相位匹配角度以及对应Stokes光的波 长,通过计算 得出了KTP晶体在3.07~6.12THz波段对应的折射率为2. 81~5.05;KTA晶体在3.71~6.19THz波段对应的折射率为3.26~4.68。     

太赫兹场调制准相位匹配高次谐波产生

在高次谐波产生过程中,相位匹配是提高其产生效率的必备技术。传统相位匹配技术在各向同性的气体介质中无法实现,而准相位匹配技术作为一种可行的替代方案,可以突破高次谐波产生过程中相干长度的限制,实现谐波强度随传播距离持续增加。采用准连续的逆向传播太赫兹光场调制高次谐波的产生过程,以实现准相位匹配;通过模拟计算探讨了谐波光谱与调制场参数之间的关系,结果发现获得准相位匹配的光子能量与太赫兹调制场波长成反比,与调制场场强、泵浦激光场强的比值成正比。     

用单次脉冲非稳腔空间增强探测CARS技术测量火焰温度

采用宽带相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术测量了甲烷-空气预混火焰温度场分布,并分析了温度测量的不确定度.建立的宽带CARS实验系统采用非稳腔空间增强探测(USED)相位匹配构造,其横向空间分辨率约0.1 mm,纵向空间分辨率约3 mm,该系统能实现10 Hz重复频率测量火焰瞬时温度.采用宽带非稳腔空间增强探测CARS在甲烷-空气预混火焰中获得了单次激光脉冲的高信噪比氮气Q支CARS实验谱,用CARS理论计算软件拟合理论谱和实验谱确定了预混火焰的温度随高度的分布,采用单次激光脉冲的氮气Q支CARS实验谱测量火焰温度的不确定度小于5%.     

极化敏感阵列滤波性能分析:完全极化情形

本文研究了完全极化情形下极化敏感阵列滤波性能.期望信号和干扰信号来自任意方向,并且任意极化,推导获得阵列最大输出信号干扰噪声比SINR,它是空间匹配系数和极化匹配系数的函数.与普通阵列相比较,极化敏感阵列不仅可以在空域滤波,而且可以在极化域滤波.当干扰和期望信号到达角差别较大时,阵列通过调整方向特性抑制干扰、增强信号;当干扰信号和期望信号到达角接近时,仍然可以利用它们极化状态的差异提高SINR.对于干扰方来讲,要想获得较好的干扰效果,干扰信号必须要和期望信号具有相同的到达角和极化状态.具体的算例结果验证了理论分析的正确性.     

基于 DFT 的 MIMO 雷达发射方向图设计

针对多输入多输出(MIMO)雷达的发射方向图设计问题,为了在保证方向图匹配性能以及空域弱互相关性的前提下,有效降低计算复杂度,提出一种基于离散傅里叶变换(DFT)的方向图设计算法。该算法先依据方向图的匹配性能及空域互相关性构建代价函数,再利用DFT 构造发射信号协方差矩阵,从而避免了采用传统凸优化方法引入的极高复杂度。理论分析表明,该算法设计的信号协方差矩阵能够满足方向图设计模型中的基本约束条件,同时使得代价函数最小,具备一定的合理性。仿真及性能分析结果表明,该算法计算复杂度低,且设计出的方向图匹配性能良好、空域互相关性小。     

阵列互耦对极化敏感阵列滤波性能的影响

在阵列互耦条件下,给出了极化敏感阵列接收信号模型;并在形式上把互耦误差分解为正交阵元接收因子误差和阵列接收因子误差,分别代表了阵列接收信号极化信息误差和空间信息误差.给出互耦条件下,信号、干扰空间匹配系数、极化匹配系数和最大SINR的数学表达式.在单干扰源情况下,分析了阵列互耦对极化敏感阵列滤波性能的影响.     

极化敏感阵列斜投影滤波性能分析

该文研究了极化敏感阵列采用斜投影滤波和正交投影滤波的输出信干噪比(SINR)特性。推导获得了斜投影滤波与正交投影滤波在理想情况和存在阵列误差时的输出SINR 计算式:理想情况下输出SINR 是信噪比(SNR)、目标与干扰的空域和极化域匹配系数的函数;存在阵列误差情况时输出SINR 受信噪比,干噪比(INR)、目标与干扰的空域-极化域匹配系数及误差扰动量共同影响。分析表明,相比正交投影滤波而言,斜投影滤波的输出SINR没有改善,也不能提高误差稳健性,它们均低于最优输出SINR;正交投影与斜投影输出SINR 相同的成因并不一样,正交投影滤波改变了目标的幅相特性,滤波后目标有损失;斜投影滤波改变了输出噪声的空域-极化域特性,放大了输出噪声的功率。最后通过仿真实验验证了理论分析的正确性。      

基于单脉冲BOXCARS法火焰温度测量装置的研制

研制了基于单脉冲CARS方法的温度测量装置,使用宽带染料激光器产生线宽200cm-1的斯托克斯光,一次脉冲就可以得到完整的CARS光谱,实现了温度的瞬时测量.     

氮气CARS理论光谱计算及在温度测量中的应用

基于量子理论,对相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)的机理进行了探讨,给出了氮气分子Q支CARS光谱的理论计算模型。进行了氮气分子拉曼散射截面、不同能级分子布居数密度差、振转配分函数及三阶非线性极化率的计算。仿真结果表明适当的简化能够大大缩短光谱计算的时间,并且与已有的结果比较接近,能够应用于CARS测量应用。介绍了能够用于瞬态温度场测量的单脉冲CARS装置,理论光谱分辨率可达0.1cm-1,轴向空间分辨率5mm,光谱采样频率10Hz。     

时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术中光的干涉

时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射显微成像技术中的泵浦光和探测光采用同一波长,可以很大程度上降低成像系统对光源的要求.采用振幅矢量叠加法理论上计算了波长相同的两束光经由物镜产生的双光束干涉,分析了产生的CARS信号强度波动的原因,并提出通过调整泵浦光与探测光的偏振方向相互垂直的方案消除干涉项,这样可以实现时间分辨CARS消除非共振背景的同时,保证产生的信号稳定.