光束发射参数对蓝绿激光海洋传输特性的影响

蓝绿激光位于海水低损耗窗口区,由于水体吸收和散射,光束在水下传输将发生时空扩展和波形畸变。基于蒙特卡罗仿真分析 了蓝绿激光海洋传输特性,特别是激光发射参数对接收光场分布的影响。提出通过调节发射端的光束发射参数,对发射光束进行 预聚焦,可在一定程度上抵消水体传输引起的光束扩散影响。分析和仿真结果表明,IB水体中,当预聚焦角度与水体小角度散射 特征值相当时,可在设计汇聚距离前形成一段光束扩散缓慢的平坦传输区域;当预聚焦角度大于小角度散射特征值的2倍时, 可在设计聚焦距离附近形成汇聚效果;预聚焦角度越大,汇聚效果越明显;水体变差时,相应有效汇聚距离变短。研究成果 为调控蓝绿激光信号在海水的传输特性提供了一种新的思路。     

基于频域的激光水下传输后向散射理论分析

提出了用高通滤波技术实现激光水下传输后向散射消除,基于频域对激光水下传输后向散射进行了深入的理论研究.研究主要分四步完成：首先分析了散射特别是多次散射对激光水下传输透过率的影响;其次建立了激光水下传输后向散射研究的物理模型并推导出后向散射随时间变化规律;然后利用傅里叶变换研究出后向散射信号的频域特性;最后通过代入典型数值的计算,证明了用高通滤波法实现激光雷达的后向散射消除是完全可行的.     

海面激光散射特性理论分析及测量方法研究

从几何光学与物理光学两个方面对激光光束海面散射特性进行了理论分析,推导出了散射光束方向和能量与入射光束入射角、海面起伏统计斜率及入射光束和观测设备夹角之间的关系,并根据所得结论论述了海面激光散射特性测量设备和测量方法．     

一维粗糙介质分形海面电磁散射的扩展边界条件法

在采用经典扩展边界条件法处理导体分形粗糙面散射的基础上,将此方法推广到了一维粗糙介质分形海面的电磁散射.通过与传统的基尔霍夫近似法计算结果进行比较,验证了本文所给的方法,分析了不同入射角,不同分维和空间波数时海面双站散射振幅角分布的特点.     

海面上舰船目标的紫外散射特性研究

基于粗糙面双向反射分布函数(BRDF)模型,考虑海面的影响,设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,讨论分析了海面上舰船目标对海天背景紫外辐射的散射特性.运用大气传输软件MODTRAN,计算了0.3～0.4μm波段太阳、天空背景的紫外辐射特性;根据粗糙面散射理论,分别对海面和目标表面进行BRDF建模,并讨论了面元的光散射特性;设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,并利用此流程计算分析了某舰船模型的紫外光散射亮度.结果显示探测时间、探测方位、舰船表面蒙皮材料、舰船形状、海面散射等因素,都对舰船目标的紫外光散射特性产生影响,为完善舰船目标紫外辐射特性数据库提供有效依据.     

各向异性粗糙海面对掠入射激光的散射特性研究

针对目前粗糙海面的激光散射场模型并不适用于激光束掠入射的情况以及忽略风速的影响,基于Cox-Munk模型及基尔霍夫近似（KA）模拟各向异性粗糙海面,建立海面对掠入射激光束的方向反射率分布模型,仿真分析了方向反射率随风速、风向、入射角、入射方位角、反射角、反射方位角的变化规律,并通过水池实验进行了验证。结果表明:粗糙海面对激光束的散射能量主要分布在以被照射海面为顶点的圆锥形角空域,此空域角方向位于镜面反射方向附近,且随着风速的增加,空域角逐渐变大,对于掠入射的激光束,由于海浪的遮蔽效应,空域角方向会偏离镜面方向。该模型可以为激光半主动制导导弹对海上小目标射击研究以及利用激光束照射粗糙海面布设激光诱饵研究提供一定理论依据。     

关于散射成像研究现状的一些思考（特邀）

透过散射介质的光学成像是人们长期追求但一直未能真正解决的问题。研究人员提出并发展了各种各样的方法和技术,从最早只利用弹道光的时间门和空间门技术,到后来利用了散射光的波前整形、散射矩阵测量和散斑自相关成像,再到近年热门的深度学习方法。尽管这些方法和技术都经过了毛玻璃、氧化锌薄膜、生物组织切片等薄散射介质的原理性验证,但随着介质厚度增加,所有方法和技术都迅速失效。厚度一直是难以克服的瓶颈。这篇评论归纳对比了散射成像的主要方法和技术,重新审视了经过散射介质波前被完全随机化等主流观点,分析了现有方法和技术无法透过厚散射介质成像的原因,并提出了未来有望真正解决问题的研究方向。     

卫星互联网星间激光通信链路传输与路由交换技术研究（特邀）

随着低轨卫星互联网的迅猛发展,星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键,也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同,由于低轨卫星的高动态性,造成星间链路需要不断动态重构,由此带来空间节点的编址方式、交换路由方法等诸多技术难题,是目前该领域关注的热点。此外,用户终端通过微波链路接入卫星互联网,需要微波链路与激光链路之间的汇集和分发,也是迫切需要研究解决的重点难点问题。     

单频连续波金刚石拉曼激光器研究进展（特邀）

受激拉曼散射增益具有无空间烧孔特性,通过简单的腔型设计,拉曼激光器即可实现稳定单纵模运转。同时拉曼激光波长灵活,因此拉曼激光器在特殊波长单频激光领域具有重要技术优势。近年来,随着金刚石合成技术的突破,以金刚石作为增益介质的单纵模、高功率拉曼激光器获得了快速发展。文中简要介绍了拉曼激光器的单纵模运行机制;总结了单纵模金刚石拉曼激光器的研究进展;并对单纵模金刚石拉曼激光器的发展趋势进行了展望。     

随机激光研究综述（特邀）

随机激光器由于其独特的结构和低相干性,在无散斑成像、传感、光治疗等领域中得到广泛应用。随机激光器的反馈机制是无序介质引入的光散射,高阈值和无方向性是其主要缺点。为解决这些问题,研究者们利用光纤的一维束缚获得低阈值并有一定方向性的光纤随机激光。近十年来,随机激光的发展经历了从非相干反馈到相干反馈、从完全无序到输出参数可控的过程。大量研究尝试用量子理论、混沌激光理论和数值分析等方法来解释随机激光的物理本质。回顾了随机激光和光纤随机激光的起源和发展历史,介绍了随机激光的分类和相关原理,总结了调控随机激光输出参数的方法并展示了随机激光的新近典型应用,分析了光纤随机激光的反馈类型和增益机制,并在最后展望了随机激光未来的发展趋势。     

极低时间抖动的飞秒激光技术（特邀）

飞秒激光器的时间抖动（或定时抖动）是指其输出脉冲的时域位置相对于理想周期信号的短期随机偏差。在毫秒量级的时间尺度上,飞秒激光器的脉冲序列具有严格的一致性,其定时抖动甚至低至阿秒量级。飞秒激光器的这种独特性质及其支持的前沿应用构成了“阿秒时间精度的超快光子学”这一全新的超快研究分支。文中回顾了近年来飞秒激光器定时抖动研究进展、高时间分辨率的定时抖动测量技术、以及不同类型的飞秒激光源能够达到的最低抖动水平。最后介绍了低抖动飞秒激光器在大科学装置同步、高速模数转换、绝对测距、相干脉冲合成等领域的应用。     

利用飞秒激光照射调控氧化石墨烯表面的浸润性能（特邀）

基于飞秒激光照射的改形控性技术是近些年发展起来的新兴微纳加工技术,其在快速、大面积、周期性亚波长结构的制备上展现出了独特优势。文中利用该技术在氧化石墨烯薄膜表面开展亚波长光栅结构的快速制备,并针对其中的加工机理、形貌变化及其液体浸润性进行了详细研究。通过改变飞秒激光功率和扫描速度等参数,实验获得了具有不同深宽比和表面“粗糙度”的还原氧化石墨烯样品,实现了液体接触角在15°~75°范围内可控的浸润性,并且其接触角在空气中放置20天后平均增加20°。文中的理论和实验结果为飞秒激光微纳加工和改性处理技术的发展奠定了基础,未来有望促进结构化石墨烯衍生材料在液滴收集、微流控等方面的应用。     

光子集成混沌半导体激光器研究进展（特邀）

混沌激光具有宽频谱、类噪声、低相干等特性,在保密光通信、高速随机数、混沌激光雷达、混沌光时域反射仪和分布式光纤传感等领域具有重要的应用价值。光子集成混沌激光器是混沌激光应用的核心器件,具有体积小、性能稳定、成本低等优点。综述了近十年来光子集成混沌半导体激光器的进展及其主要应用。首先介绍了混沌半导体激光器的集成方式;接着介绍了光子集成混沌半导体激光器的分类,根据其扰动方式讨论了直腔单反馈、多腔反馈、环形腔反馈、二维外腔反馈、互注入等结构,并对比分析了各自的优势与输出特性;然后介绍了光子集成混沌半导体激光器在光时域反射仪、保密光通信和高速随机数产生等方面的应用;最后,讨论了光子集成混沌激光器的关键集成技术、时延特征抑制及间歇混沌的特性。     

单频光纤激光技术的研究进展（特邀）

单频光纤激光具有单色性好、谱功率密度高等特点,在通信传感、雷达、引力波探测、非线性频率变换等领域有广泛的应用需求。目前单频光纤激光技术正朝着更高功率、更宽波段和更高性能等方向发展,是激光技术领域的研究前沿和热点。文中系统梳理了近年来单频光纤激光领域取得的重要进展,具体从单频激光实现方式、功率增长、波长拓展以及性能提升等方面对相关标志性工作进行了总结,讨论了单频光纤激光技术当前所面临的挑战,并展望了其未来发展趋势。     

高功率金刚石激光技术研究进展（特邀）

金刚石拥有已知材料中最高的热导率、低的热膨胀系数、高度的化学惰性及优异的光学性能,使其能够在机械、光学和材料学等领域满足诸多极端条件的应用需求。近年来随着化学气相沉积制备工艺的提高,使得人造金刚石的光学品质得到快速提升,光学级的金刚石晶体因此也以其优异的拉曼和布里渊特性表现出优异的功率提升、相干性增强以及频率转换能力,并推动金刚石激光器在极大程度上克服了基于传统工作物质的粒子数反转激光器存在的热效应、以及波长和输出功率难以兼顾的难题。文中总结了高功率金刚石激光技术的研究进展,并对金刚石激光器的发展趋势和应用前景进行了展望。     

飞秒激光诱导金刚石微纳结构及其应用（特邀）

多年来,硅和锗一直被认为是合适制造探测器和集成光电器件的半导体材料。然而,与金刚石基器件相比,这种四价半导体的抗辐射损伤能力较差,而且在恶劣条件或高强光辐照下,器件的稳定性较差。近年来,金刚石因其优异的光学与力学性能,在集成光子学、传感和量子光学等领域展现了巨大的应用前景。利用激光诱导金刚石微纳结构为开发金刚石上的三维光互联器件、全碳探测器、石墨电阻以及单光子源的实现提供了一种有潜力的制备方法。阐述了飞秒激光诱导金刚石色心形成、石墨化和折射率变化的物理机制,在此基础上,进一步探究了飞秒激光诱导金刚石微纳结构在单光子源、传感器和光波导等方面的应用,并对未来发展趋势进行了展望。     

中红外量子级联激光器的光子集成（特邀）

中红外光子集成芯片在环保监测、医疗诊断和国防安全等领域具有广泛的应用前景,但激光光源与无源波导光路的片上集成仍是中红外集成光学需要攻克的关键难题之一。量子级联激光器（QCL）是中红外波段的重要半导体激光光源,文中介绍了近几年中红外QCL在光子集成方面的研究进展,包括InP基单片集成、硅基单片集成、硅基异质键合集成和III-V/锗混合外腔激光器。     

微秒脉冲激光钠导引星星群技术研究（特邀）

激光钠导引星被称为人造恒星,用于探测和校正光波经大气湍流引起的波前畸变,大幅度提高自适应光学望远镜的成像质量。采用单颗钠导引星探测的有效视场范围有限,通过多束黄激光分别激发大气电离层钠原子产生多颗钠导引星,能在较大视场内获得更清晰的目标成像,在精密天文观测、空间目标探测等领域具有重要应用。文中重点介绍了微秒脉冲激光钠导引星星群的产生,基于100 W级微秒脉冲激光,采用小角度精密偏振分光/并束调控的专利技术,在丽江天文台通过一台发射望远镜将四束20 W/束、重复频率kHz、脉冲宽度百微秒的钠激光发射到天空,在40"观测视场内生成四颗导引星,星群构型可调控,如线形、平行四边形、菱形和正方形等,每颗钠导引星亮度约为V波段8等星,光斑大小约3.25"。利用脉冲同步控制技术,钠导引星回波信号可以避免瑞利散射光的干扰,从而获得更高的空间分辨率。这为大口径天文望远镜多层共轭校正系统的研制提供技术参考。