水面舰艇8~12μm波段红外辐射建模与实验研究

为研究舰载红外传感器的有效作用距离,根据朗伯辐射源的定义和辐射特点,在对水面舰艇红外辐射特点进行科学分析的基础上,提出了水面舰艇特定波段、特定方向下的红外辐射功率计算模型。模型充分考虑到了舰艇作为点源与面源的双重属性,利用相对辐射度表给出了在不同方位的功率计算办法。为了验证模型的有效性,利用FLIR红外热像仪在相应波段进行了成像实验,结果表明:根据模型理论计算所得能见距离与实际能见距离吻合较好,为研究舰载红外传感器在不良气象条件下的工作情况提供了基本依据。     

1.3μm固体激光器研究进展

1.3μm波段固体激光器在多领域均有着重要作用,本文介绍了近20年来国内外不同晶体材料输出1.3μm波段激光的研究进展,包括几种常用的晶体如YAG、YVO₄、GdVO₄以及其他晶体。通过分析认为,对新材料、新机制的探索与应用是未来1.3μm波段激光器的主要发展方向。     

用于3～5μm中红外固体激光器的光学薄膜

文章介绍了一种3-5μm中红外固体激光器所用光学薄膜的制备过程,重点说明如何进行膜系设计、工艺实验等,研究的目的是最终使中红外激光器光参量振荡器中输入镜和输出镜的指标达到用户要求。     

3～5μm固体激光器

概述了中红外激光器的应用背景,介绍了国外研究现状及发展趋势,提出了用固体办法实现中红外激光有效输出的技术途径和方案,对固体中红外激光输出所需要的2 μm激光泵浦源技术进行了探讨和方案比较,最终选用了OPO技术间接获得2μm激光的方案.以二极管泵浦1.06 μm激光为泵浦源,采用双谐振腔内KTP OPO的方式,进行了激光实验,实现了功率23.9 W的2 μm波长激光输出.在此2μm激光泵浦源基础上,提出了实现室温运转的中红外固体激光ZnGeP2 OPO的技术方案并进行了实验,最终成功实现中红外激光输出,在约5 kHz时,中红外激光输出功率4.09 W.     

11.2W中红外3.8μm激光器

报道了采用1064nm激光抽运PPMgLN晶体准相位匹配技术实现3.8μm激光输出的实验结果。抽运源为二极管激光连续抽运Nd:YAG晶体声光调Q1μm激光器,PPMgLN晶体(MgO掺杂浓度5mol%)单谐振光参量振荡技术采用e→e+e相位匹配,消除了光束之间的走离效应,利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数d33(27.4pm/V)。在1064nm激光抽运功率94W,声光Q开关工作频率8kHz的条件下,获得了平均功率11.2W,波长3.84μm激光输出,光-光转换斜率效率14.5%,对应闲频波长1.47μm激光输出功率约28W。3.8μm激光水平方向和垂直方向光束质量M2因子分别为2.01和5.78。     

2μm波段激光薄膜的研制

概述了国内外关于～2μ波段发光的掺Tm^3＋,THo^3＋和Er^3＋等激光晶体镀膜的使用情况,结合我们实验室已有的工作基础,对其设计原理和制备工艺进行了详细分析,制备出了较高性能2．94μm的激光薄膜。     

海雾对3～5μm和8～14μm红外辐射的衰减特性

分析了Khrgian-Mazin模型描述雾的粒度谱分布的可靠性,利用该模型和米氏散射理论计算了世界上典型地区的海雾对3～5μm和8～14μm大气窗红外辐射的衰减,并将计算结果和红外波段内的10.6μm激光辐射在雾中衰减的实测结果相比较,得出了两个大气窗内海雾对红外辐射展减的一般规律.     

腔内OPO2μm脉冲激光器

设计了基于KTP晶体的内腔式光参量振荡(OPO)2μm脉冲激光器。理论计算了KTP-OPO波长调谐特性及相位匹配参数,采用电光调QNd:YAG1.064μm激光泵浦的KTP晶体,在XZ主平面内,实现了Ⅱ类相位匹配,选用Φ4mm光阑限制光束,分别对单块KTP和为补偿走离效应采用两块向对放置的KTP晶体进行了实验,获得了最高25mJ的脉冲2.12μm激光输出,电光转化效率1.14‰。     

1.54μm铒玻璃激光电光调Q技术

描述了1.54μm铒玻璃激光电光调Q技术,用单45°LiNbO3电光Q开关获得了激光能量22mJ、脉冲宽度为72ns的巨脉冲.     

2.79μm Er,Yb:GSGG中红外激光器理论研究

稀土Er3+离子以其能级结构丰富、可产生多种辐射波长而受到广泛的研究,在4I11/2态和4I13/2态之间跃迁产生的辐射波长位于2.7～3μm范围内,中心波长2.79μm的激光由于其波长的特殊性,此类激光器在医疗、非线性光学以及军事等方面具有重要的应用价值。选择Er,Yb:GSGG作为产生2.79μm激光的增益介质,通过一组联立速率方程组可以精确地描述其激光特性,在Er3+-Yb3+能级跃迁结构图的基础上,构建了该能级跃迁速率方程理论模型,为研究光场与物质原子体系相互作用提供了有效的方法,且因其简单直观而广泛应用于激光器特性研究中。最后,在此模型基础上进行了一定的数值模拟。     

2μm全固态激光器的研究进展

近年来2μm波段的全固态激光器由于在测高、测距、大气遥感等方面具有重要的应用前景而引起了广泛关注。介绍了实现2μm激光输出的三个基本条件,综述了2μm全同态激光器的发展状况,对几种激光晶体进行了理论分析和实验对比,指出Tm,Ho：LuLF是今后2μm全固态激光器研究的一个发展方向。     

2μm光纤激光器的研究进展

近年来,2μm光纤激光器由于自身优点和重要应用价值受到人们的极大关注。综述了单掺Tm3 、单掺Ho3 和Tm3 :Ho3 共掺2μm光纤激光器的发展状况,分析提出1565nm抽运Tm3 :Ho3 共掺光纤激光器系统是产生2μm激光的较佳选择。     

内腔式KTP OPO输出2.7μm激光实验研究

提出了一种用2.7 μm激光Ⅱ类匹配方式泵浦ZnGeP2(ZGP)OPO输出红外激光的新方案,该方案与传统方法相比具有更多优点.实验研究了内腔式KTP OPO输入2.7μm激光,最大输出能量约为2mJ,总的电光效率为0.01%,斜效率为0.03%,能量稳定度为±7%.测量了泵浦光与信号光的和频光的波长及时间波形,由此也...     

黄海平流雾对8~12 μm波段红外辐射衰减的实验研究

为了研究新一代舰载红外探测系统在海雾条件下的探测能力,以黄海海雾为实验环境,以非制冷型红外热像仪为探测器,分别在不同强度的海雾中以不同性质的红外辐射源为探测对象进行了成像实验,并结合红外辐射在海雾中的衰减模型进行了量化研究。衰减模型可分为物理模型和经验模型两大类,分别对其在不同强度海雾下的衰减曲线进行了对比分析,并根据实测结果进行了拟合分析,结果表明:在轻雾条件下,实际观测的结果几乎与物理模型一致;在较浓海雾条件下,以经验模型计算的结果与观测结果相差较小;而在特浓海雾条件下,以经验模型计算的结果较接近于实际观测。     

增益随机散射介质中的非相干辐射

用蒙特卡罗方法仿真了增益随机散射体中的非相干辐射,观察了非相干随机激光的特性。当抽运能量超过一定阈值时,散射体的整体辐射谱突然变窄;随着抽运能量继续增大,在光滑谱背景上会出现分离尖峰;散射体内空间某位置处频率组成不是单一的;辐射谱中某单个频率的空间方向分布和位置分布比较广。增益随机散射体中产生的非相干随机激光本质上既不同于无反馈的普通放大自发辐射,又不同于相干反馈形成的常规激光。解释了非相干随机激光辐射谱上出现分离尖峰的原因,出现这种现象是由于少数光子在增益散射体中经历较多次数散射后得到了相对充分的放大。     

6.45μm激光加热浮法玻璃后温度分布特性研究

为了提升激光可控断裂法切割玻璃的质量，研究了6.45μm激光照射浮法玻璃后材料的温度变化。利用激光输出的连续功率计算了6.45μm激光照射玻璃后的温度分布，并通过实验验证了该模型的正确性；模拟对比了相同激光参量下6.45μm激光和10.6μm激光加热玻璃后的温度场，通过实验获得了光滑、无表面裂纹的切割样品。结果表明，6.45μm激光产生的表面温度低于10.6μm激光；6.45μm激光可以利用热裂法获得高质量切割端面。该研究对中红外激光玻璃切割的模型建立和方案优化具有一定的帮助。     

3～5μm红外探测器的辐射定标

在对目标进行红外跟踪测量时,为了得到目标空间位置的同时,获得其红外辐射特性数据,设计了一套红外焦平面阵列探测器的实验室辐射定标系统。以高精度的面源黑体为标准辐射源,对成像范围为3～5μm的中波红外探测器进行了响应度的标定。首先建立定标数学模型,确定定标流程;然后使用线性回归统计模型对响应度曲线进行拟合并评估,针对一般线性最小二乘法对局外点(outlier)敏感的缺点,提出Robust优化算法;最后,在外场对温度和特性已知的目标进行测量,通过实验室得到的响应度曲线和大气透过率参数进行红外辐射特性数据的反演,得到实际测量值与理论值的相对误差小于2%。结果表明,Robust优化算法能有效改善红外焦平面阵列响应度非线性引起的反演不确定度。     

脉冲电光调Q 1.319μm Nd:YAG激光技术

Nd:YAG激光器输出的1.319μm激光在众多领域有重要应用,但目前研究重点集中在连续或准连续输出.采取对腔镜镀高选择性膜及使用色散棱镜等措施抑制1.064μm波长振荡、输出1.319μm激光,分别在自由运转及电光调Q两种情况下作了Nd:YAG激光器输出1.319μm波长的实验,得到调Q输出脉冲最大能量56 mJ,脉宽36 ns,斜效率0.2%,激光发散角2.5 mrad,输出能量不稳定度约4%,使用KTP倍频晶体得到660 nm红光输出.结果表明,用此方法实现电光调Q 1.319 μm脉冲激光及其倍频光输出切实可行,具有重要应用潜力.     

利用单共振光学参量振荡器产生1.5μm连续单频激光

报道了利用高功率全固态连续单频1.06μm激光器,抽运由准相位匹配晶体构成的单共振光学参量振荡器(SRO),产生光束质量接近衍射极限的1.5μm连续单频激光的实验研究。实验获得了输出功率为3.2W的连续单频1.5μm激光,光光转换效率达40%,SRO的阈值抽运功率仅为2.5W。当把SRO腔长主动锁定到共焦法布里-珀罗(F-P)腔的共振峰上,信号光的频率稳定性优于3MHz(1min)、功率稳定性优于±0.5%(15min)。该系统的激光波长位于量子态传输波段,可用于研究实用化量子信息处理系统。     

8～14μm红外光谱辐射计的研制

本文介绍了８～１４μｍ红外光谱辐射计的组成及工作原理,分析了红外光谱辐射计信号处理方法。本辐射计采用了低噪声自动变换增益的放大电路加温度补偿修正以及高速、高精度信号采集、数字滤波处理等先进技术进行设计,其各项指标均达到了设计要求,是一部性能优良的红外光谱辐射计量设备。