双波长激光传输特性的室内模拟实验研究

为了研究大气信道在特定条件下对光束的影响,建立基于双波长同信道传输的室内模拟大气实验系统,对不同浓度的雾气和粉尘分别进行了模拟传输实验。结果表明,空气水蒸气密度与衰减系数近似满足线性关系,且衰减系数随波长变大而减小,当雾气浓度达到一定时趋于一致;根据测量数据拟合出粉尘浓度与透射率满足指数关系,符合比尔-郎伯定律;实验测试数据结果与大气散射理论相符合。该实验结果和实验方法对研究大气对光的作用具有一定的参考价值。     

电容法测量工业粉尘浓度技术研究

粉尘浓度测量方法的研究对测量粉尘浓度准确性和精确性均具有重要意义。文中主要对电容法测量工业粉尘浓度的方法进行研究,结合实际测量需求,分析了电容传感器的原理,提出了一种新的电容测量方法,并设计了基于电桥法的测量电路及测量系统。通过搭建实验平台对工业粉尘进行测量,分析实验结果并对其结果进行标定,得到了测量结果与待测粉尘浓度的关系,验证了该电容法在工业粉尘浓度测量中的可靠性。     

大气激光束漂移的实验研究

为了研究激光束在大气中的漂移情况,对激光束在大气中的传输做了实验研究。采用电荷耦合器件CCD成像技术对光斑的漂移情况进行了测量。对光斑漂移在水平和垂直方向的变化进行了实验研究,并分析了横向风对光束漂移的影响,得到了在不同时刻以及不同传输距离情况下光束漂移情况的实验结果。结果表明,光束随传输距离的增加,垂直和水平方向的漂移量逐渐趋于一致。     

近地面水平方向大气偏振辐射传输仿真与验证

近地面水平方向偏振成像是地基目标观测的有效手段之一。目标偏振信息在大气传输中受到大气气溶胶及分子等散射和吸收作用的影响,叠加了非目标偏振信息,干扰了目标本身偏振特性参数的提取。因此,对大气的偏振影响研究具有重要意义。针对近地面水平方向偏振观测,基于单次散射假设,仿真计算了不同气溶胶光学厚度条件下的大气偏振辐射传输特性,并开展了外场偏振特性传输实验验证。仿真结果表明,地表贡献可以忽略;随着气溶胶光学厚度的增大,大气对总偏振反射的贡献越大;针对外场实验,仿真计算了不同时序同等观测条件下的线偏振度值,与实测结果相对误差在0.1范围内,一致性很好。研究结果为近地面偏振特性传输研究提供了理论支持,并为近地面偏振观测中的大气校正奠定了基础。     

不同大气条件下红外成像效果模拟

红外成像仿真技术是解决实际应用中对红外图像数据源需求的重要途径。大气传输是红外成像的必经环节,对红外图像质量有着重要影响,大气传输效应模拟能提高成像的真实感。同一场景在不同大气条件下红外成像的模拟能为特定的图像分析提供数据。在大气传输理论的基础上,研究了红外成像大气作用效果的模拟方法,通过飞艇平台获得的红外图像作为数据,利用大气辐射传输模型进行大气修正得到地面辐亮度基准图像,在此基础上进行了不同大气模式、温度和水汽含量下的红外图像仿真实验,并对实验结果进行了评价,取得了较为理想的仿真效果,为大气效应模拟提供了一种有效的方法。     

随机大气信道对激光信号传输影响的分析

首先介绍了激光信号通过随机大气信道时,大气中的气体分子和大气气溶胶离子、尘埃、雾、雨、霾等对激光信号的吸收和散射效应,造成了对激光信号的能量衰减,接着分析了大气湍流效应对光信号传输的影响,即光束的闪烁、弯曲、分裂.最后,对于不同大气条件下激光信号的传输进行了实验研究,给出了在同一时刻的不同天气条件、在同一天的不同时刻及不同能见度条件下的测试结果,并就实验现象进行了分析.所得到的结果很好地反映了理论分析,为大气通信提供了一定的指导.     

大气湍流对激光空间传输特性影响的实验研究

为了研究大气湍流对不同波长激光传输特性的影响,利用MATLAB对其进行了仿真,设计湍流模拟箱进行实验,将仿真和实验结果对比进行了理论分析和实验验证。对激光波前光强分布进行了观察与记录,并对不同波长激光束在相同大气条件下的光束漂移和光强起伏做了测量与分析;就大气湍流对线偏振光的偏振态影响进行了实验观测。结果表明,随着大气湍流的增强,激光波前光强分布容易受到明显的影响;激光束的光强起伏随着波长的增大而减小,其方差最高到达2.79×10^-2,而光束漂移则与波长无关,方差最高到达9.11×10^-12;线偏振光受到湍流效应的影响,其光强产生随机变化,且随着湍流强度的提高,变化程度更剧烈。实验测试数据结果与大气湍流理论相符合,这对激光大气传输的研究具有一定的参考价值。     

亚毫米波的大气传输研究

主要研究了在近亚毫米波段的大气传输特性。通过分析远红外区和毫米波区的大气传输模型，给出了亚毫米波段的大气传输模型以及加权项的表达形式，推导了以宏观气象条件为参变量的解析表达式，加权模型与实验数据基本吻合。在散射模型中，以气溶胶形式存在的粒子对同一波长的散射表现不同，提出了以粒子的统计分布均位代替一般的密度分布，从而提高了计算精度。模拟计算结果与实验分析是一致的。     

碘激光的大气吸收特性

用激光长程吸收光谱方法测量了实际大气的高分辨率吸收光谱,测量了水汽分子的谱线参数.实验表明,水汽分子的吸收是最重要的大气吸收.碘激光波长恰好处在大气微窗口.但是,对于强激光的传输,微弱的吸收也能产生很强的非线性效应.利用自测的谱线参数和HITRAN数据库,采用计算线翼吸收的方法,我们计算了不同模式大气的吸收系数和大气透过率.中纬度夏季海平面的大气分子吸收系数在0.1～0.01 /km量级.由于大气中的水汽浓度(湿度)直接影响碘激光的大气吸收强度,在我国,由南向北,由夏到冬,水汽浓度减少,碘激光的大气吸收率递减.此外,碘激光垂直向上传输比海平面水平传输有利.第三,碘原子的跃迁有6条超精细谱线,碘激光的超精细结构对传输有重要影响,其中3个频率的大气吸收比较小.计算表明,单一最强跃迁频率的碘激光的大气吸收比多谱线的碘激光小,因而更有利于大气传输.在中纬度夏季,它垂直向上全程的大气分子吸收率与多谱线碘激光水平传输1 km相当,为9.0 %.本文介绍测量实验方法和计算分析结果.(OG18)     

空间光通信APT系统中大气信道对激光信号传输影响的分析和研究

介绍了APT系统中激光信号通过随机大气信道时 ,大气中的气体分子和大气气溶胶离子、尘埃、雾、雨、霾等对激光信号的吸收和散射效应 ,以及大气湍流效应对光信号传输的影响。同时 ,对于不同大气条件下激光信号的传输进行了实验研究。     

0.55 µm 激光在复杂组分雾霾中的散射传输特性

基于典型雾霾粒子的消光、吸收、散射截面、不对称因子参量和粒径分布函数的分析, 运用蒙特卡罗方法研 究了不同组分、不同混合方式的雾霾介质中波长 0.55 µm 激光的传输散射特性, 比较了典型污染物颗粒介质对光的透 射率影响。研究表明, 同等浓度下, 硫酸铵介质对光的透射率最高, 碳溶胶介质的透射率最低, 且雾霾的透射率小于灰 霾透射率。此外, 对不同混合状态簇团粒子组成介质的透射率比较分析表明, 典型污染物粒子外混合状态和内混合状 态对光的衰减性几乎相同, 而雾霾介质中水组分的分布对光的透射率有明显的影响。     

基于光散射的粉尘浓度测量的研究

文章介绍了一种智能激光粉尘测试系统的软硬件结构设计,详细给出了系统光学传感器的原理结构及使用方法,传感器非线性信号处理以及系统的数字滤波方案。最后系统测量了苏州大学物理实验中心外距地面约2米的空气中的粉尘相对质量浓度,连续测量36天,并与国家环保总局苏州地区每天预报的空气污染指数转换后的可吸入颗粒物(PM10)浓度值相比较,得出对应关系,运用MATLAB拟和直线对系统进行标定。     

飞秒激光脉冲在混合气体介质中传输特性研究

围绕飞秒激光脉冲在混合气体介质中的成丝特性展开理论研究。通过数值求解非线性薛定谔传输方程,对比了不同气体介质中所形成光丝特征。研究结果表明,通过在氮气介质中掺入少量的惰性气体,可以实现对光丝内部光强、等离子体密度以及光强的时域演化特征进行调控。这一方法相比于传统方案,即通过调控入射激光脉冲参数或聚焦条件从而调控光丝特性,克服了对泵浦脉冲性能指标参数以及实验光路的依赖。该方法有望在飞秒激光诱导的非线性光谱研究领域得到更为广泛地应用。     

激光冲击成形约束层性能的研究

概述了激光冲击成形领域中约束层性能的发展动态;分析了约束层材料的厚度、密度、透光率、声阻抗、刚度、羟基—OH含量、各向物理性能等对激光冲击成形的影响.认为约束层性能是制约激光冲击成形效果的决定性因素.指出了应用于激光冲击成形的理想约束层性能,并提出约束层的制作工艺性这一概念,强调解决约束层的制作工艺性是目前激光冲击成形领域走向应用的关键.     

激光辐射多功能集成防护镜

为了减少和避免激光和微波辐射眼损伤,设计研制了防激光、防微波、激光探测告警为一体的多功能防护镜。该防护镜由特定功能的光学部件和光电子模块组成,包括多功能复合防护镜片、镜架和激光探测报警系统。进行了多功能防护镜复合技术研究和防护性能测试。结果表明,该防护镜在激光波长532nm,1064nm,790nm,840nm的光密度为4.0～7.28;可见光积分透过率为18.7%;微波衰减大于20dB;报警系统在532nm,1064nm和840nm激光波长能提供自动检测和声光报警,报警器的探测灵敏度为10-7/cm2;该防护镜可承受1g质量、300m/s～400m/s速率的钢制球形破片的冲击;防护镜总质量小于200g,该防护镜防护波段宽、对激光和微波的衰减倍率高、防护角大、可见波段透光性好、可分体和组合使用、体积小、重量轻、便于佩戴、适用于个人佩戴防护和光电传感器的防护。在现代光学实验和各种激光与微波作业环境,以及反恐和公共安全中是不可缺少的防护器材。     

A Transmission Line Model for the Optical Transfer of Isotropic Scattering Media

The optical radiation transfer of plane parallel isotropic scattering media is for many purposes of technical importance adequately described by the Kubelka and Munk equations. By a simple substitution these can be converted to the set of equations describing an electrical transmission line with resistive parameters. Consequently, such a line can be used to simulate the optical transfer of the medium. For practical purposes the continuous line may be replaced by the series connection of lumped parameter sections. Both transmittance and reflectance of the optical medium can be determined from voltage and current measurements on the model. The model can then be used to invert the transfer equations in terms of incremental absorbance as required in photometric or reflectometric analysis of thin-layer chromatograms, electrophoretograms, etc.     

Active mode locking with hybrid lasers

We present the results of a numerical study of active mode locking with hybrid lasers which contain an inhomogeneously broadened laser medium and an homogeneously broadened laser medium. The spectral, pulse, and gain characteristics of actively mode-locked hybrid lasers and the influence of the unsaturated gain, the saturation power, and the homogeneous linewidth on the pulse coherence and bandwidth are studied. The simulations show that coherent and shorter pulses are generated as compared to that by either an inhomogeneously broadened medium or a homogeneously broadened medium alone. Varying the unsaturated gain or the saturation power of the gain medium are two equivalent ways to obtain the same maximal coherent pulse bandwidth for given gain media. When different gain media can be selected, a larger pulse bandwidth can be obtained with the use of a broadband homogeneously broadened medium     

用于HCN激光器耦合输出的F-P腔的优化设计

本文介绍一种由双面金属栅网构成的F-P腔式激光耦合输出端,改变其间距,透过率可连续变化。将栅网等效为一导纳,利用等效电路方法,进行模拟计算。经优化计算得到一组最佳栅网参数。     

Ho3+/Pr3+共掺氟化铝基玻璃光纤2.86 μm激光性能研究 （特邀）

文中使用熔融淬火法制备了氟化铝基、氟化铟基和氟化锆基玻璃样品，通过浸水实验研究了其抗潮解稳定性，结果表明氟化铝基玻璃具有更好的抗潮解性能。因此制备了不同浓度的Ho3+/Pr3+共掺氟化铝基玻璃样品，测试了其透过光谱，表明该玻璃具有高的透过率和宽的透过窗口。在1 150 nm拉曼激光的激发下，获得了样品的发射光谱，并对其发光机理进行了分析。利用吸注法制备了2 Ho3+/0.2 Pr3+掺杂的氟化铝基玻璃预制棒，使用棒管法拉制了氟化铝基玻璃光纤。使用回切法测得光纤在793 nm处的损耗为1.8 dB/m。在1 150 nm激光泵浦下，利用8.6 cm长的Ho3+/Pr3+共掺氟化铝基玻璃光纤作为增益介质，获得了功率为207 mW的2.865 μm激光输出，斜率效率为11.4%。上述研究结果表明，氟化铝基玻璃光纤是一种稳定的中红外激光增益材料。