基于相干包络解调的窄线宽测量算法研究

激光线宽对光学相干探测系统的探测范围、精度和噪声特性都有重要影响。为精确测量半导体激光器的线宽值,提出了通过解调短延时自外差的干涉谱来实现高精度窄激光线宽测量的新方法。搭建短延时的自外差干涉测量系统,得到半导体激光器的干涉谱,通过设计算法对干涉谱的相干包络进行解调,最终获得了严格的洛伦兹线型谱和相应的谱线宽度,通过理论分析、仿真和实验验证了该方法的可行性。该方法可以忽略因1/f频率噪声产生高斯展宽带来的影响,与传统线宽测量方法相比,该方法的测量结果更加精确。     

多束超短脉冲束间同步诊断技术研究

为实现多束超短脉冲束间同步状态的诊断,提出并验证了一种用于多束超短脉冲相干合成的束间同步诊断技术方案。以两束皮秒量级的超短脉冲为例,采用了时分复用的方法。首先,基于互相关的方法来实现两束超短脉冲之间的时间同步,然后在时间同步范围内,通过调节光束之间的相位差,并同步监测远场上焦斑干涉图样的变化来实现两束超短脉冲之间的相位同步。在该方案中,时间同步调节模块的调节精度为6.7 fs,调节范围为333 ps;相位同步调节模块的调节精度为0.007π,调节范围为150π。实验结果表明,基于该诊断技术方案,能够实现两束超短脉冲间的束间同步状态的诊断。     

基于电可调式F-P干涉具的脉冲激光静态干涉

传统激光光谱探测通常采用动态Michelson干涉具来实现,但此类干涉具结构复杂,且需要反复移动内部器件的位置才能实现稳定的干涉.此外,某些激光脉冲的时间宽度较窄,因此,此类动态干涉具无法实现持续时间较短的脉冲激光光谱探测.该文从基于电可调式法布里-珀罗(F-P)干涉具用于脉冲激光光谱探测人手,讨论了交流控制式F-P干涉具的相关参数,并进行了光学测量实验.该文为静态脉冲激光光谱探测技术的实现提供了可靠的理论依据.     

基于M-Z干涉的相干高斯光束远场干涉图样研究

为了使远场相干光斑分布及干涉图样的条纹间距和条纹对比度满足激光主动相干探测的要求,对基于马赫-曾德尔干涉原理的相干光发射装置发出的相干高斯光束在远场的扫描相干光场分布特性进行了分析,推导了高斯光束远场扫描相干光场的解析光强分布公式,得到了高斯光束远场扫描干涉图样。利用物理光学相关原理推导了远场的相干光光程差、干涉图样的条纹间距以及条纹对比度的表达式。数值仿真分析了马赫-曾德尔干涉光发射装置的分束镜旋转角度、探测距离和扫描角速度对远场相干光强分布特性的影响,得到了这几个物理量之间的定量关系。结果表明,远场扫描相干光强分布主要受到分束镜旋转角度、探测距离和发射装置扫描角速度等参量影响;干涉光发射装置的分束镜旋转角度同时影响远场接收屏上干涉图样的条纹间距及条纹对比度。该研究结果对实际探测中如何选取分束镜的旋转角、使其在满足条纹间距目标尺寸要求的前提下,适当调节旋转角度,获得尽可能大的条纹对比度是有帮助的。     

复合式激光远场光斑分布定量测量技术研究

激光远场光斑分布测量是研究高功率激光大气传输效应的有效方法,同时也是评估强激光武器作战效能的重要手段。设计了一种基于摄像和阵列探测相结合的复合测量方法,实现了强激光远场光斑时空分布的定量测量。该系统可用于波长为(1064±10)nm、功率密度动态范围为2～5000 W/cm2激光的远场光斑分布测量。     

利用脉冲DSPI技术测量心动位移分布

提出了一种基于脉冲数字散斑干涉（ＤＳＰＩ）系统的心动位移测量技术。该技术利用激光照射体表产生的动态生物散斑相关条纹图提取并记录心动周期时间历程中瞬态空－时位移场分布，进而通过条纹自动分析技术获得高精度重建的光学心动图。     

激光高度计地面定标模拟系统设计

星载激光高度计广泛地用于多种地形地貌的科研分析,例如冰层和植被覆盖变化。针对星载激光高度计数据的定量化应用,研究了激光高度计的定标方法,并设计了激光高度计地面定标模拟系统加以验证。该系统包含探测器阵列和高精度脉冲计时系统两部分,用于定标星载激光高度计的对地指向角和时间戳。对定标系统的性能进行实验测试和软件仿真,结果显示：探测器能够探测平均能量3 nJ/cm2的光斑,探测范围为1~16 nJ/cm2,计时系统计时精度为1.25 ns。     

空间引力波探测超前瞄准机构研制与测试

探测低频引力波需要脱离地缘噪声干扰，在空间搭建激光干涉引力波探测装置。太极、LISA、天琴等空间引力波探测任务，计划在几十万到几百万公里量级的臂长上实现皮米级的位移测量精度，以满足引力波探测的要求。在探测任务中，考虑轨道季节性变化和星间激光传输时间等因素，发射光束需要一个超前角度，确保远端望远镜能够接收到光束，从而完成星间激光干涉。针对发射光束需要超前角度的需求，设计并研制了一款用于激光干涉链路中提供超前角度的光束指向机构，即超前瞄准机构。该机构基于将偏转轴配置在反射镜面上的设计理念，采用柔性铰链和杠杆配合的结构形式，利用压电陶瓷自闭环进行驱动控制，实现光束一维高精度偏转。对该机构进行仿真分析，验证其力学特性以及偏转范围。对所研制的机构进行了一系列实验测试，结果表明，该机构偏转范围可达到709.4μrad，偏转精度可达到0.44μrad，机构偏转引起的光程差优于10 pm/(Hz)^1/2 (1～10 Hz)。从而验证了该机构设计的可行性，为实现光束超稳高精度偏转提供一定的参考。     

远场激光瞄准过程中光束扩展的影响分析

基于修正的Von Karman湍流谱和Hufnagel-Vally湍流模型上的近似积分理论,结合一种激光光轴瞄准偏差测试系统,利用激光光斑远场实验数据,在一定气象条件下,研究了不同传输距离和波束扩展的变化关系,进而分析了高斯脉冲光束在湍流大气中远场传播时的波束扩展对激光瞄准精度的影响。该研究可为激光光斑瞄准偏差补偿方案的优化设计提供科学依据。     

用横向扫出InSb探测器探测超短激光脉冲

真空光电管被广泛用来探测超短激光脉冲,这是因为它的衰减时间十分短(τ≤10~(-9)秒),但可惜只能用于可见及近红外的范围(λ≤1.2微米)。而且,在波长为1微米处的量子效率要比可见光部分的量子效率低很多。本资料是讲探测微微秒激光脉冲的一种方法,这种方法是用半导体,以象真空光电管那样短的衰减时间,在横向扫出的条件下来探测微微秒激光脉冲的,此时的波长范围则扩展到6微米。这些探测器的主要探测原     

星地量子密钥分发中的时间同步研究

高精度的时间同步是星地量子密钥分发实验的关键.给出了一种新型的时间同步方案,该方案采用与量子信号光共光路的同步光脉冲,采用单光子探测器对同步光脉冲进行探测,通过基于时间标记型高精度时间测量插件对信号事例和同步事例进行精确的时间测量.解决了星地量子密钥分发实验中星上同步光对卫星平台载荷和资源要求较高及同步光与量子信号光的...     

一种测量端面抽运Nd-GdVO4晶体热透镜焦距的方法

在半导体激光端面抽运工作条件下,激光晶体会产生剧烈的热透镜效应.利用532nm激光作为探测光,观测探测光束通过晶体后的远场图像可以很好地评估热透镜效应程度大小.利用现有的热透镜理论结果建立了光束干涉模型,对远场光环现象进行了解释,并且分析得到了基于远场光环的热焦距计算公式.使用谐振腔稳定性法测量了热透镜焦距,并将测量结果与基于远场光环的热焦距计算结果作对比,验证了光线干涉模型的合理性及计算热焦距公式的准确性.     

面向星间激光干涉测距的高精度小型化验证系统

激光干涉测距仪是下一代地球重力场探测卫星和空间引力波探测任务的核心载荷。搭建了一套基于锁相应答机制的小型激光干涉仪,在0.1 Hz处的噪声谱密度为0.17 nm/Hz^1/2,远低于下一代地球重力场探测的测距噪声要求。另外,验证了数据后处理方式抑制光学锁相噪声的可行性,进一步将系统噪声降低到0.11 nm/Hz^1/2。该高精度小型化验证系统是测试激光干涉测距系统关键技术指标的有力工具。     

双路信号相位同步测量系统设计与实现

为了实现2维外差干涉位移测量中信号相位的精确同步探测,采用整周期计数与脉冲填充相结合的方法,利用同一时钟基准,对双路信号进行同步检测与并行处理,设计并实现了一种基于现场可编程门阵列的双路外差干涉信号相位同步测量系统。该系统在100kHz载波频率下测量分辨率可以达到0.18,双路信号下的相位同步测量误差同样为0.18。结果表明,该系统实现了整小数相位的精确测量,确保了双路信号相位的实时同步探测,能够满足各种2维外差干涉位移测量系统对相位同步测量的需求。     

基于法布里-珀罗干涉仪的脉冲激光谱型测量

脉冲激光谱型是大气风温探测激光雷达的重要参数之一,它的精确测量能够为激光雷达风温反演提供科学有效的数据。由于激光的重复频率通常为几十赫兹(重复周期为几十毫秒),而脉冲激光宽度仅为几纳秒,因此脉冲激光的线宽测量比连续激光困难得多。构造了一套基于法布里-珀罗干涉仪、窄脉冲信号门积分平均器、模数采样器等的脉冲激光谱型测量系统,并利用该系统完成了钠层风温激光雷达脉冲激光线宽的测量。利用该系统测量出该脉冲激光器的输出线宽约为123 MHz,与国外的测量结果120 MHz基本一致。该系统可搭载于激光雷达上用于实时监测激光谱型,能为确保测风激光雷达的精度和稳定性提供技术支撑。     

基于多步相位恢复的激光远场焦斑测量方法

为了实现激光远场焦斑的高精度测量,提出一种基于多步相位恢复的激光远场焦斑测量方法。理论推导了基于多步相位恢复的激光远场焦斑重构模型,其中为了解决焦斑计算中出现的欠采样问题,引入了线性调频z变换(CZT)技术,相较于传统的快速傅里叶变换(FFT)补零计算,此方法避免了计算冗余。同时,提出一种基于多步相位恢复的激光远场焦斑重构算法,并仿真分析了扫描步长和探测位置数对所提方法收敛性的影响,确定了最佳扫描步长和探测位置数。为了验证所提方法的有效性,搭建了基于纯相位型液晶空间光调制器(SLM)的实验验证装置,实验结果和理论值的相关系数为0.9976。同时,所提方法与传统长焦距透镜成像法相比,测量精度更高,可为激光远场焦斑高精度测量提供一种技术手段。     

基于LFM信号的TDMA网络精密时间同步方法

针对多作战单元协同作战对时分多址(TDMA)通信网络时间同步精度的新需求,设计了基于线性调频(LFM)脉冲的TDMA网络精密时间同步方法。利用大时间带宽积的LFM脉冲压缩提高了脉冲到达时间的估计精度;通过设计LFM集中交互的TDMA帧结构,减小了脉冲交互时间,降低了节点间相对运动对时间同步精度的影响。最终仿真和实际平台验证显示,该方法能够将TDMA网络的时间同步精度提高到纳秒量级,可以为其他任务载荷提供高精度时统。     

飞秒激光啁啾的直观可行检测方法

基于飞秒脉冲相关干涉项含有脉冲的相位和频率信息,测量自相关二次谐波干涉条纹可见的振荡频率为?棕?子及2?棕?子两个谱分量的大小和形状,以及二次干涉自相关函数包络面积的大小和形状,可以得到飞秒激光脉冲啁啾大小的信息。另外,通过对二次干涉自相关(IAC)迹线求一阶导数得到的干涉自相关导数光谱(D?鄄MOSAIC)的峰谷与啁啾正负对应关系,找到了判定啁啾正负的方向因子即正弦函数因子,据此能够判断飞秒激光脉冲啁啾的正负。因此,采用能够满足光学相干探测基本条件的测量系统,利用二阶干涉自相关法可以用来检测飞秒脉冲激光的啁啾特性。     

飞机尾涡特性分析与激光探测技术研究

为实现尾涡告警,保障飞行安全和提高机场容量,研究了飞机尾涡特性和激光探测技术.阐述了飞机尾涡的生成机理,利用解析模型和仿真计算研究了尾涡特性;给出了尾涡相干多普勒激光探测原理,设计了尾涡探测方式,分析了回波多普勒谱特性,并计算了尾涡探测精度.研究表明:尾涡强度与衰减等特性与飞机质量相关;其回波多普勒谱值反比于多普勒频移的三次方和飞行速度的二次方,而正比于飞机质量的二次方;基于1.5m脉冲相干多普勒激光雷达的尾涡探测具有高精度、远距离的优势.此外,通过初步开展的机场尾涡探测实验验证了激光探测尾涡的方法切实可行,性能优越.     

基于TDC-GP1的铜蒸气激光脉冲同步控制器的研制

为了实现铜蒸气激光振放链脉冲同步,设计了一种基于TDC-GP1的激光脉冲同步控制器。系统以W77E58单片机为核心,选用高精度时间间隔测量芯片TDC-GP1,有效解决了铜蒸气窄激光脉冲延迟纳秒量级的测量问题;采用对脉冲信号进行微积分的方法,确定了稳定的测量点,解决了铜蒸气激光脉冲幅度变化对脉冲延时测量的影响。实验表明,激光脉冲同步控制器可以对激光脉冲实现同步闭环控制,能够将脉冲延迟精度控制在1ns范围内,确保了输出激光功率的稳定性。