角度调谐直接探测多普勒激光雷达误差分析

角度调谐误差影响多普勒测风激光雷达测量精度.针对角度调谐误差,理论上推导出F-P标准具的透过光强与入射光角度以及其发散角之间的关系式.利用该式仿真计算出入射角、激光束散角、激光线宽和标准具步进角度对测风误差的影响.结果表明,在基于气溶胶散射的直接探测多普勒测风激光雷达系统中,当系统分辨率为2×106时,F-P标准具孔径至少为8 cm;在正入射附近,当激光的发散角<150μrad时,激光入射角每改变10μrad,F-P标准具透射谱中心就会移动1 MHz,即对于1 064 nm波长,测量误差为0.5 m/s.     

单纵模被动调Q脉冲激光频率稳定性研究

采用脉冲波形观察、干涉条纹成像和角度光强扫描3种方法相结合,设计并建立了进行单纵模(SLM)被动调Q脉冲激光频率稳定性测量的实验装置,同步获得光滑的脉冲波形、面阵CCD上的多光束干涉图像和角度扫描F-P标准具的激光透射强度曲线,通过比对分析实验结果表明,该脉冲激光的长期频率稳定性为10-7量级。     

红外空心传能光纤聚焦系统的设计与优化

为了进一步提高光纤传输激光的效率,通过改善中红外光纤输出激光时的光斑及发散角的大小设计了双透镜和两种三透镜光学聚焦系统,并得到相应的光斑图形。运用MATLAB软件对实测的光斑进行模拟计算,得到了光斑的强度分布图,通过分析计算不同聚焦系统中的不同位置处光斑的大小,计算并得到了光束发散角。实验结果表明,3种方案中凸凹凸三透镜聚焦系统效果最佳,输出的光斑直径为0.33mm,光束的发散角为0.42°,提高了耦合效率,降低了传输能量的损耗。     

LD端面泵浦薄片式Yb∶YAG激光器研究

利用光纤耦合InGaAs半导体激光器作抽运源,研制一台端面泵浦薄片式全固态Yb∶YAG激光器.使用掺杂浓度为6%的Yb∶YAG晶体,在泵浦功率20 W时,基于平-凹腔获得2.6 W的TEM00模1 030nm连续激光输出,光束发散角为10 m rad,阈值为3.2 W,光光转换效率为13%,斜效率为18.6%.     

光通信中激光发散小角度远场焦斑测量法

根据激光发散角经准直后的微小角度的测量理论,提出了采用远场焦斑和CCD进行快速准确的测量方法,最后实际测出了激光准直后的远场发散角。实验证明:采用该方法可以达到空间光通信的激光发散小角度微弧度量级的要求,并且所带来的误差小于国际标准组织规定的最大值。     

3 Bar半导体激光器的光束整形系统研究

在壳体成型系统中,激光光束的均匀性和集中性直接影响壳体加工的效率和质量。为了提高壳体固化效率和质量,采用微柱透镜和半圆柱透镜相配合的方式,对壳体固化系统所选用的3bar条半导体激光器所发射的光束进行准直和整形。从物理光学的角度对准直系统的工作原理进行了分析,搭建了仿真光路图并给出了准直后的光斑发散角和整形后的能量分布情况。设计了一款慢轴发散角小于3°、快轴发散角小于5°、光斑尺寸小于20mm×10mm的激光光源整形准直系统。有效的提高了半导体激光器的固化效率和壳体成型质量。     

大角度激光干涉测角方法研究

传统激光干涉测角方法,大多采用迈克尔逊干涉仪光路或其变形,将角度测量转变为光程测量。但传统干涉测角方法测角范围通常很小,一般在±5°之间。后来虽然做了改进,但测角范围也只到95°(-45°～+50°)。在分析了传统干涉测角方法优缺点的基础上提出了一种新的干涉测角方法,在不降低系统灵敏度的前提下,测角范围极大提高,可到180°(±90°)。     

TDRSS激光空间链路光功率设计

从光功率的角度,分析了卫星间长距离和出射光束发散角产生的空间传输损耗,当传输速率增加、误码率上升时,接收机灵敏度下降;讨论了不同卫星数目时传输损耗与激光束发散角的关系,在考虑其他光功率开销后,得出了发射光功率,发散角和接收灵敏度相互制约关系。     

蓝光LD泵浦Pr~(3+):YLF窄线宽脉冲激光器研究

Pr~(3+)离子固体激光器因具有丰富的可见光波段的辐射而备受科研工作者的关注。结合Pr~(3+):YLF激光器特性对法布里-珀罗(F-P)标准具进行了线宽压缩的理论分析,通过在谐振腔内插入厚度为0.5mm的F-P标准具对激光器进行压缩线宽,最终获得中心波长为639.63nm的Pr~(3+):YLF窄线宽脉冲激光器。在重复频率10KHz下实现了激光器线宽40.8pm,单脉冲能量3.23μJ,脉冲宽度145ns的脉冲激光输出。     

基于自由曲面的TIR型LED准直系统的研究

为了收集大角度的LED光线以获得小发散角的准直光束,设计并优化了高效、结构紧凑的TIR式LED准直系统。首先根据斯涅尔定律及等光程原理,计算准直系统的初始结构。利用Lighttools软件对初始结构优化设计,最终得到最佳结构的LED准直系统。TIR型准直系统的半口径为18mm、厚度为23mm、准直度(发散角)为1.5o,光能利用率高达89.5%,局部范围内光斑均匀性为92.34%。系统优化后光能利用率和目标面照度的均匀性均有所提高。基于TIR结构的LED准直系统具有光能收集效率高、准直度好、结构紧凑、体积小、便于应用等特点。     

平板偏振膜的角度特性研究

当入射光倾斜入射到平板偏振膜上时,在两种偏振光的反射带边缘处出现P偏振光高透而S偏振光高反的情况.利用F-P结构的膜系设计了偏振膜.随着入射角的增大,S光的带宽、消光比及参考波长线性增大,而膜层中电场强度的最大值和界面处的电场强度均减小,只有P偏振光的变化特性跟布儒斯特角有关.分析膜层的界面特性和膜层中的缺陷分布情况,可得偏振膜P偏振光的阈值随入射角的增大而增大.结果表明,在P光透过率可使用的范围内,入射角越大,消光比越大,场强在膜层中的分布越低,但P偏振光的透过率有所降低.     

A mobile incoherent Mie-Rayleigh Doppler wind lidar with a single frequency and tunable operation of an injection Nd: YAG laser

A mobile incoherent Doppler lidar system has been experimentally demonstrated to be able to transmit reliable single frequency operation laser pulse, even after truck transit and in very high vibration environments. The linewidth of the injection-seeded pulse Nd:YAG laser can be measured by means of an I₂ molecular filter. And, lidar validation experiments demonstrated the feasibility and capability of measuring wind field by the Mie-Rayleigh Doppler wind lidar. The uncertainty of measured wind speed is 0.985m/s in the altitude range from 2 to 4 km.     

A mobile incoherent Mie-Rayleigh Doppler wind lidar with a single frequency and tunable operation of an injection Nd︰YAG laser

Incoherent Doppler lidar for measuring wind field has been developed for a decade. Two kinds of incoherent Doppler lidar have been used to measure Mie and Rayleigh backscattering to retrieve atmosphere wind field: one is the fringe imaging technique and the other is the edge tech-nique. Chanin et al. demonstrated the technique of measuring stratospheric wind profile from 25—60 km altitudes using 532 nm laser and double Fabry-Perot interferometer[1], with backscattering signal discriminated …     

Analysis and modeling of error of spiral bevel gear grinder based on multi-body system theory

Six-axis numerical control spiral bevel gear grinder was taken as the object, multi-body system theory and Denavit-Hartenberg homogeneous transformed matrix （HTM） were utilized to establish the grinder synthesis error model, and the validity of model was confirmed by the experiment. Additionally, in grinding wheel tool point coordinate system, the errors of six degrees of freedom were simulated when the grinding wheel revolving around C-axis, moving along X-axis and Y-axis. The influence of these six errors on teeth space, helix angle, pitch, teeth profile was discussed. The simulation results show that the angle error is in the range from -0.148 4 tad to -0.241 9 rad when grinding wheel moving along X, Y-axis; the translation error is in the range from 0.866 0 μm to 3.605 3μm when grinding wheel moving along X-axis. These angle and translation errors have a great influence on the helix angle, pitch, teeth thickness and tooth socket.     

基于邻近频点插值混合扩频信号多普勒频偏估计算法

针对直扩/跳扩混合扩频信号捕获算法中,要降低多普勒频率估计误差,但运算资源有限的问题进行了研究.采用一种基于插值预测的频率估计算法,利用不同频点之上的相关值进行多普勒频偏估计,以较低的计算量为代价,减小多普勒频率误差.在不同信噪比环境与不同接收信号多普勒频率下,对多普勒频率检测精度进行仿真.经过测试表明,该算法在信噪比不低于-23 dB时,对于直扩/跳扩混合扩频系统的多普勒频率估计误差的平均值小于20 Hz,且具有更加稳定的均方根误差,可以做到在不需要较多改变硬件的情况下,通过后期计算即可提高多普勒频率估计的精度.     

基于红外偏振的入射角确定

提出基于红外光的偏振度来确定透明物体形状检测中的入射角的方法。在可见光域,偏振度是入射角的二阶函数,即在布儒斯特角两侧各有一个入射角,不能唯一确定入射角。而在红外域,偏振度与入射角之间是一一对应关系,可以对可见光域的两个入射角做出区分,得到正确的入射角。这种方法提高了透明物体形状检测的精度,还可用于复杂形状的物体检测。     

斜入射条件下的琼斯矩阵

分析了在光斜入射时琼斯矩阵失效的原因。研究了小角度入射时e光和o光矢量方向差异及其偏振方向相对于90°的偏离。分析并类比垂直入射时建立坐标系的原则和办法,在小角度条件下重新建立了实验室坐标系和晶体坐标系,求出了坐标系间的变换角,并对其误差进行了讨论。不采用两光波方向相同的假设,也不加晶体主折射率相差不大的约束,推出了斜入射条件下o光波与e光波的相位差表达式。建立了斜入射条件下的琼斯矩阵。当光斜入射时,在新坐标系下采用小角度近似,琼斯矩阵方法可以在极小的误差下有效使用。研究结果为双折射波片或系统中光束传播特性的研究提供了理论支持和有效工具。     

平面相控阵脉冲压缩的雷达气象方程

在低发射功率条件下,相控阵多普勒天气雷达为了增加探测距离和提高分辨率,需要采用脉冲压缩技术.由于采用相控阵技术,波束扫描过程中,在平面阵非法线方向上会产生波束展宽,引起波束内功率下降,需要在计算雷达气象方程时弥补功率下降的误差.平面相控阵天气雷达在探测远距离目标时,使用宽脉冲发射,经脉冲压缩处理以提高分辨率,因此需要建立适用的雷达气象方程.首先讨论了脉冲压缩低峰值功率的平面相控阵多普勒天气雷达的结构、线性调频脉冲压缩的距离（多普勒测量）、调频波形的耦合问题以及目标距离的测量;然后给出了适用于脉冲压缩的平面相控阵雷达气象方程,此方程同时也适用于一维线性阵的脉冲压缩的天气雷达.