可见光多波段激光合束系统设计北大核心CSCD

为了实现可见光波段不同波长多路激光的精密合束,设计了一套激光合束系统。通过长焦距镜头和高缩束倍率镜头配合大面阵光电探测器分别实现合束激光指向与位置的高精度、实时监测;通过高精度的角度调节平台和位置调节平台分别实现光束指向和位置监测误差的实时补偿。在完成光束指向、位置监测镜头的设计加工及精密装调后,获得位置监测装置的监测分辨率为0.054 mm,指向监测装置的监测分辨率为3.5μrad;在完成光束位置校正平台、指向校正两维摆镜、闭环控制系统合束流程的详细设计后,对合束系统的合束精度进行实验检测和误差分析。实验结果表明:合束系统短时间内针对稳定光束的合束精度为:指向6.17μrad,位置优于0.66 mm;长时间内针对缓慢漂移光束的合束精度为:指向18.46μrad,位置优于0.72 mm。因此,所设计的激光合束系统合束精度高,并且可及时对光束的漂移误差进行自动补偿,满足系统的应用要求。     

自适应光学技术与激光光束质量

在许多应用中,亮度是对激光光束的最重要指标,光束质量因子甚至比激光功率更为重要.自适应光学技术实时测量和校正光束波前误差,从而可以改善光束质量.在激光传输的不同环节,采用自适应光学技术可以进行光束稳定、净化和大气湍流校正. 1985年我们研制了世界上首套用于ICF的激光波前校正系统.研制了数套光束稳定系统用于校正强激光的方向漂移,又进行了强激光光束净化试验. 还研制了37和61单元两套自适应光学系统,先后完成室内湍流模拟池校正试验、公里级水平光路大气补偿试验和上行传输试验. 从1981年起研制了多种变形反射镜和高速倾斜镜. 在光束质量诊断方面研制了紫外、可见到红外波段的哈特曼传感器系列,采样频率从25 Hz到2900 Hz,已用于光束质量诊断、光学系统检验、强光下的镜面变形测量和大气湍流测量.(OG6)     

摆镜式激光通信终端光束指向与粗跟踪特性

基于两正交旋转轴的单平面镜（摆镜式）激光通信终端的粗跟踪问题,提出了一种求解光束指向的法矢量求解算法,给出了该类型通信终端的粗跟踪算法。采用矢量反射定律和矩阵旋转变换规律,理论推导了摆镜的光束指向模型和跟踪模型,对比分析了不同安装方式对光束指向和畸变的影响,并对模型分别进行了建模仿真和实验研究。结果表明:光束传输模型和粗跟踪模型的精度优于3 μrad,所研制的摆镜式激光终端粗跟踪精度,最大误差优于15.5 μrad (3σ),均方根误差优于10.5 μrad,满足激光通信终端对高精度粗跟踪的技术要求。该研究工作对摆镜式扫描系统的光束指向分析和激光终端粗跟踪具有借鉴意义。     

受光束漂移影响的深空上行激光通信链路信道容量

使用Monte-Carlo仿真方法,基于光强闪烁和光束漂移的联合模型,对使用脉冲编码调制方式（PPM）和雪崩光电二极管（APD）探测器直接探测接收的深空上行激光通信链路的信道容量进行了分析。仿真结果表明,与下行链路中信道容量随着束散角的增加而单调下降的现象不同,对于存在光束漂移作用的上行星地激光链路,存在一个最优发射束散角使得星地激光系统的信道容量最大。在此基础上,对最优束散角与发射光束数目、方位角、热噪声和发射端的光束半径之间的关系进行了分析。所得的结果可以帮助实现星地激光通信系统上行链路的优化设计。     

光谱合成激光阵列指向偏差的光束特性分析

保持良好光束质量的输出对实际光谱合成系统的构建至关重要。从理论上研究光纤激光阵列指向偏差对合成系统光束特性的影响,修正了带有指向偏转角激光队列的入射光场,结合光谱合成的光传输模型和统计学分析,讨论了合成激光光束质量随均匀分布随机扰动的变化规律。仿真结果表明,指向偏差对合成系统的输出特性影响显著,当激光队列的最大偏转角仅为0.05时,合成系统的光束质量就会退化到（6.491.73）。为实现合成光束亮度的定标放大,逐步扩展激光队列的阵列规模,合成系统光束质量的变化会逐渐趋于稳定,以变化稳定时的阵列规模（30路子光束）作为参考,拟合M2因子随最大指向偏转角的变化趋势。     

基于单神经元PID解耦的激光漂移量控制方法

简述了激光光束漂移量控制原理,并指出在特定方向(一维)激光光束漂移量控制过程中存在严重耦合问题。传统PID(proportionalintegralderivative)解耦控制难以很好抑制耦合现象。针对此问题,提出了应用单神经元PID解耦控制对激光漂移量控制过程中的耦合进行解耦。与传统PID解耦控制相比,本方法解耦控制的响应速度明显加快,抗干扰能力加强,可以更好地抑制系统耦合。实验表明,应用单神经元PID解耦控制后系统振荡现象基本消除,激光光束在特定方向的准直精度可以稳定在5×10-8rad。     

激光多普勒测速仪中的频谱分析技术

为了提高激光多普勒测速仪的测速精度,将频谱分析技术应用于多普勒信号的处理中,先对信号进行频谱细化,再对细化后的频谱进行校正。阐述了几种常见的频谱细化和频谱校正算法的基本原理,并对它们的频谱分析精度和运算量进行了比较。在Matlab平台上将它们应用于理想正弦信号进行仿真,比较了各种算法的优缺点,最后将频谱细化和频谱校正技术应用于实测多普勒信号的处理中。仿真和实验结果表明:频谱细化技术可以大大提高激光多普勒信号的频谱分辨率,频谱校正技术可以准确地校正多普勒频率,减小信号处理的误差。将其运用于激光多普勒测速仪中切实可行,为设计高精度的激光多普勒测速仪创造了条件。     

机载激光通信链路的传输信道及性能分析

对于机载激光通信的传输信道,分析了大气信道中的衰减、光强闪烁、光束漂移及气动光学效应等复合效应,并推导了接收光束尺寸、链路中断概率和误码率等传输性能。仿真分析表明：一方面,接收光束尺寸受光束漂移及气动光学效应的影响而增大,且在低空条件下的光束尺寸主要受到大气湍流的影响而导致其大于高空条件的;另一方面,长距离的机载激光通信链路需考虑光束漂移的影响,并可通过优化发射光束大小进行抑制。     

阵列激光器主动锁相技术研究

为了获取高能量、高光束质量的激光输出,通过对激光的统计性质进行研究,提出了一种新型的阵列锁相技术,即利用一个控制系统,以外界介入的方式控制阵列激光的相位,对激光相位进行校正,减小或消除激光位相随机漂移,实现阵列激光独立单元间的位相锁定,保证良好的互相干特性.利用随机过程理论,详细分析了几种情况下激光的时间相干特性,根据各种情况下相干特性的比较结果得知,该锁相系统大大改善了激光之间的互相干特性.     

利用光束后向散射提高激光跟踪发射精度方法

为提高激光跟踪发射系统激光发射指向精度,提出了一种通过测量发射激光后向散射光尖来修正激光发射指向误差的方法。在介绍系统光机结构及后向散射相关理论的基础上详细论述了光尖探测距离与视差的关系,根据天气情况和长期测量经验获得良好天气、中等天气和较差天气三种天气状况下光尖探测距离,进一步得出三种天气状况下视差修正量。在良好天气状况下,利用预定空间轨迹误差修正方式进行实验验证,对比光束后向散射法与靶板测量法所测得的激光发射指向精度,在预定的空间轨迹上两者测量误差为2.5,实验证明,利用光束后向散射法可以大大提高激光发射的指向精度。     

基于孔径耦合带状线的激光脉冲整形系统

实现了一种新型的激光脉冲整形系统，该系统使用了一个由孔径耦合带状线（ACSL）电脉冲整形器驱动的电光调制器。一个电脉冲整形器由两条通过其公共接地板上的耦合孔径发生耦合作用的带状传输线所组成的四端口装置。更换具有不同耦合孔径的公共接地板，该电脉冲整形发生器可以具有150ps时间结构的任意整形电脉冲。将任意整形的电脉冲输入到电光调制器上，就可以得到任意整形的激光脉冲。利用该系统，激光脉冲整形系统能够产生具有150ps前后沿，1～3ns脉冲宽度可调、高对比度、光滑过渡以及任意整形的激光脉冲。     

高重频激光瞄准系统精度测试方法研究

为满足对激光瞄准系统瞄准精度的测量要求,设计了一套激光瞄准偏差测试系统。该系统定标方法简单,靶标与拍摄系统相对位置固定,能够作为移动靶标测试激光跟瞄移动物体的瞄准精度。该系统能够跟踪高帧频的激光脉冲。通过对激光脉冲能量分布图像的分析确定了图像处理和灰度加权重心法相结合的光斑中心提取算法,提高了系统测试精度。并使用双光楔法对该系统进行了测试,实验结果表明系统对激光光斑中心的定位精度高于0.2 mm。该方法具有较高的工程应用价值。     

飞秒激光光镊轴向力的计算与分析

光镊已成为捕获和操纵微米尺度粒子和生物细胞的有效手段，而目前常用的光镊光源为连续激光或长脉宽的脉冲光。提出飞秒激光光镊的概念．将飞秒激光序列脉冲视为对连续光的周期抽样，借助于连续光光镊的分析方法，建立了飞秒激光光镊对电介质微粒产生的轴向光学力的理论模型。给出影响捕获微粒的主要因素，指出存在最佳束腰半径和被捕获粒子半径。数值计算结果表明选取合适的飞秒激光脉冲能量、束腰半径、脉冲波长以及微粒与周围媒质的相对折射率．微米尺寸的微粒完全能被飞秒激光稳定捕获。综合考虑被捕获微粒所受的脉冲式光学梯度力、重力和布朗惯性力的作用，讨论了飞秒激光光镊轴向光学梯度力的脉冲式特点及实现稳定捕获的条件。     

准直脉冲激光大气传输热晕数值分析

大气通道上介质对激光部分能量的吸收,导致大气折射率的改变,形成自散焦负透镜,产生热晕．使激光发生畸变,限制了激光能量在大气中的有效传输．以准直脉冲高斯激光束大气传输为例,数值分析了热晕对由光束的声传递时间（即流体动力学时间）定义的两种脉冲长、短脉冲大气传输的影响：长脉冲受到非线性热晕效应影响很大,光束截面上光强发生了重新分布,轴上光强凹陷,峰值光强向周围扩展;短脉冲主要受到线性吸收的作用,受到的非线性热晕效应影响很小．提出了采用脉冲间隔适当的序列短脉冲传输来提高激光传输能量的方法．     

机载激光波束扫描回波脉冲特征分析

本文介绍了脉冲激光束远区场的时空分布，导出了机载脉冲激光对地面扫描探测时回波脉冲的时域表达关系，通过数值计算得到了回波脉冲波形及其有关参数随扫描倾角的变化规律，结果表明不同波束倾角时回波脉冲特征发生了明显的变化。     

可用于高功率脉冲激光的面阵CCD模式测量装置

本文介绍了一种用面阵ＣＣＤ摄像机作探测器的激光光束测量装置。整个装置包括光束衰减器、单脉冲选取及脉冲同步、光束直径匹配、ＣＣＤ摄像机、图像卡、计算机及监示器以及系统软件。软件根据激光混合模的二阶矩阵理论［１］编制，可测量高功率、高重复频率脉冲激光的空间能量分布，并可对所测结果进行模拟。由软件给出所测的光束参数，可对光束质量作出正确评价。     

862nm扇面光束脉冲激光器模块

设计并制作了一种新颖的扇面光束半导体激光器模块,并在模块中集成了高输出电压、高重复频率驱动电路.该模块由多个LD芯片在慢轴方向沿圆弧排列而成,采用微柱透镜和平凸柱面镜对LD快轴光束进行准直.驱动电路采用DC-DC电路产生高电压、采用门电路延迟法产生驱动电脉冲.实验测试表明:该模块峰值光功率为1 750 W,光脉冲宽度为6 ns,脉冲间隔为20μs,光束水平发散角为41.2°,垂直发散角为0.23°;可以实现大视场空间、低间隔时间光束发射.     

激光回波信号采集技术

由于激光脉冲信号具有方向性好、抗干扰能力强等优点,激光脉冲成像在高精度测量地表三维信息领域得到广泛应用。激光回波信号采集和处理技术是激光脉冲成像的关键技术。通过对激光回波信号的采集和处理,可以得到地表粗糙度、倾斜度、反射率等信息。本文对已经投入使用的激光雷达的设计思想及实验结果进行分析,对已经采用的激光回波信号采集技术进行了简要回顾,对此技术的发展进行了初步展望。     

大气散射衰减定标系统设计

观测高能宇宙射线可通过大气荧光探测技术对次级粒子的研究间接实现,而次级粒子在大气传输中受到大气吸收、散射等影响,会影响探测的准确性。为定性定量地确定上述影响,设计了大气散射衰减定标系统,利用已知脉冲能量的激光器向指定方向发射激光脉冲,通过在地面上另外一点测量散射激光的能量,就可以对大气散射的参数进行标定,从而对次级粒子的能量及方向进行修正。此外通过散射通信中常用的非视距单次散射模型研究了大气传输过程中的散射衰减作用,得到不同角度下的计算仿真结果,为大气散射衰减定标提供了理论依据。     

LPX305iF型准分子激光光束质量诊断

以准分子激光应用于微细加工为目的,采用了一套光束诊断技术对德国Lambda Physik LPX 305iF型KrF准分子激光器进行了全面鉴定。