激光平行光幕光能分布均匀性测量研究

激光平行光幕用途广泛,可以用来测量物体的直径,弹丸的速度、坐标、弹丸着靶密度等.光幕面内光能分布不均匀使得计时误差较大,直接影响测量精度.光幕光能分布均匀性的测量主要是为研究更大规模的光幕靶和密集度靶提供必要的数据准备和理论基础,有助于提高光幕测试的精度.从理论上介绍了激光光斑能量分布情况,对激光平行光幕的设计原理进行了说明,完成了激光平行光幕光能均匀性的测量实验,并使用origin软件对测量数据进行了分析.实验结果与理论分析相符,证明了测量方法的可行性.     

光探测器与光学系统

0101941强激光光学元件表面功率谱密度函数估计[刊]/沈卫星//强激光与粒子束.—2000,12(4).—392～396(D)在扼要描述了光学元件表面轮廓测量中功率谱密度(PSD)函数的基本概念、公式和应用基础上,重点讨论了光学元件表面低频和中高频空间频率 PSD 对光场分布的影响。并给出了强激光光学元件表面 PSD 函数曲线的几个实测结果。参80101942发射光学系统分析[刊]/李有宽//强激光与粒子束。—2000,12(1).—15～18(C)采用矩阵光学方法导出了发射光学系统的传输变换矩阵和具有两级扩束系统的发射系统的调焦公式,研究了输入激光不是平行光时远场焦点位置的变化和一级扩束系统焦距变化对系统焦距的影响。参3     

小型变焦无线光通信终端ATP技术研究

通信目标光学捕获对准技术不依赖GPS和无线通讯手段、不易受强电磁环境的干扰,是发展轻小型化激光通信的重要方向。本文针对轻小型化无线光通信终端天线展开研究,设计了切换变焦形式的光学天线,构建了以变焦光学天线为基础的无线光通信终端模型,通过链路功率核算,验证了变焦前信标光和变焦后通信光链路的有效性。本设计为激光通信系统的便携式应用提供重要技术支撑。     

水下气泡幕消光特性研究

为了研究水下气泡幕对激光传输特性的影响,采用米氏散射理论对水下气泡的消光截面和消光系数进行了计算,并在此基础上采用朗伯特-比尔定律对水下气泡幕的消光特性进行了理论分析和实验验证,取得了不同密度、不同厚度以及处于不同位置处气泡幕的透射光功率数据。结果表明,透过气泡幕的光功率随气泡密度以及气泡幕厚度呈指数衰减,而与气泡幕所处的位置没有密切关系。这一结论对舰船气泡尾流的光学探测是有帮助的。     

成像法中波红外激光远场功率测量系统

设计开发了一套基于成像法的中波红外激光远场功率测量系统,给出了成像法测量远场激光功率密度分布的基本原理。利用漫反射靶板将激光的功率分布信息采集至中波红外热像仪,并在靶板的特征位置上安装功率探测器,将光斑图像灰度信息与激光功率探头所测的实际功率值进行信息融合,得出灰度值与功率密度的映射关系,进而推测激光远场功率密度分布。此系统测量误差小,且系统简单、可靠,适于各种条件下的中波红外激光远场功率密度测量,可满足目前大功率红外激光干扰装备的测量需求。     

大气激光通信机的光学模型和物理实现研究

将光学理论应用到大气激光通信机设计中,提炼出大气激光通信机的发射和探测过程的光学理论模型,提炼推证了半导体激光器远场发射、准直发射和接收透镜探测损耗的公式,提炼推证了准直激光焦面探测爱里斑公式及对应的质心运算和质心评价公式。设计了和上述推证相关的光学天线和分光镜等。设计了光学天线分辨率、CCD捕获分辨率、通信分辨率、伺服系统分辨率等和系统精度相关的参数。     

基于矩形激光光幕的射击精度光电检测系统

提出了一种基于矩形激光光幕的射击精度光电检测系统.矩形激光幕由多个光幕单元拼接形成.准直、扩束后的激光光源通过菲涅尔透镜调整为平行光幕最终会聚至光电光敏二极管,弹丸从光幕任意位置通过时,光电系统都会响应光通量的变化量,并转换为电信号.根据电信号幅度与弹着点之间的函数关系,通过专用处 理软件可对射击精度准确测量.实验结果...     

舰载激光通信中大气对激光远场光强分布的影响

在舰载激光通信系统中,激光远场光强分布对系统通信质量的提高具有重要影响。利用所建立的激光远场光强分布模型和1.06 μm激光大气传输特性,研究了大气能见度对激光远场光强分布的影响。结果表明：在不考虑大气湍流影响的条件下,能见度越高,光强衰减越小;在只考虑大气湍流影响的条件下,传输激光的波长,大气折射率结构常数,对激光远场光强分布具有重要影响。     

基于微球透镜远场超分辨率成像方法研究

在可见光波段,传统光学显微镜的成像分辨率被限制到200nm。为了突破衍射极限,采用了将微球与传统光学显微镜相结合的方法来获得远场超分辨率成像。首先通过理论分析平行光通过微纳结构物体后物光波在空气中的传输,进而分析微球将倏逝波转换成传输波实现远场超分辨的成像机理;其次通过仿真研究了微球的光纳米喷射特性,可知微球光纳米喷射的半径尺寸小于入射光波长的一半;最后搭建了基于微球与传统光学显微镜相结合的超分辨率成像实验系统。结果表明,将蓝光光盘作为被测物体,通过该成像系统可获得100nm的远场超分辨率成像; 该成像系统可以对微纳元件结构进行检测。这一结果对光刻技术、生物医学等领域是有帮助的。     

短脉冲激光辐照下光学膜层迎光剥落的理论模型

基于最大剪应力理论 ,建立了短脉冲激光辐照下光学膜层发生迎光剥落的理论模型 ,导出了膜层剥落的激光功率密度阈值条件和剥落区半径与激光及膜层参数的关系式。以时空都为Gauss分布的ns级脉冲激光辐照ZrO2 膜层为例进行了理论计算。该理论模型及其结果揭示出光学膜层的轴向快速热膨胀、膜层材料的热软化以及由膜层中的径向应力、环向应力和垂直剪应力导致的锥面型剪切滑移是脉冲激光辐照下膜层发生迎光剥落的主要原因。     

Means and verification of broadcast technology applied to laser transmission on horizontal link

At present, there has been great progress in the field of the point-to-point laser communication technology, in other words, the traditional laser communication technology has been advanced day by day. Furthermore, in order to search for an effective means of achieving localized laser broadcasting communication within a limited range, an effective method of horizontal link laser broadcasting communication is presented, and the corresponding verifiable broadcast communication system is designed. In addition, the laser broadcasting is systematically studied by one physical model built at the optimal distribution of optical power. First of all, the theoretical model of laser beam expansion and the theoretical model of parallel light curtain are made comparisons and analyzed from the angle of attenuation of optical power, and the optical power loss model of the parallel light curtain is established as a result. Secondly, combined with the theory of optical imaging transformation based on Gaussian beam, the field distribution of far field of parallel light curtain is simulated by one leading optical and illumination design software and the relation between the filed distribution of far field of light curtain and the distance of transmission is revealed. Finally, the superiority and feasibility of the parallel light curtain theory model are verified by field communication experiments in different information channels.     

线阵光纤阵列相干合成光束的远场光功率分布

激光相干合成所得光束的远场能量分布直接影响其实际应用。针对基于四芯线阵光纤阵列的激光相干合成研究了远场能量分布。采用高斯分布函数近似描述单模光纤出射光束能量分布,推导合成光束的远场能量分布的一般表达式,用MATLAB进行数值计算,并搭建实际相干合成系统进行测试以验证计算结果。研究结果表明:四芯线性光纤阵列的相干合成光束能量近似高斯分布,横向截面内表现为两两组合所形成的三种周期六种干涉场的叠加。实验结果与理论计算吻合,研究对光纤阵列相干合成光束的远场应用具有指导意义。     

液晶光学相控技术在卫星通信多接入中的应用

在空间激光通信、组网过程中,为了能够实现一颗卫星终端对多颗卫星终端的物理光束接入,从而使得一颗卫星能与多颗卫星实现数据分发、路由、交换等组网功能,对卫星激光通信捕跟过程中存在的多终端物理接入方法进行了研究。在基于液晶光学相控阵多波束生成能力和多波束赋形的理论基础上,设计了一种新型的多终端接入方法。该方法的核心是利用液晶光学相控阵的多波束生成与控制能力实现对多个终端的接入。对光束在远场光斑的位置信息以及接入过程中的衍射效率和能量损耗情况进行仿真来验证该方案是否满足空间激光通信终端接入要求。仿真结果发现接入过程中的衍射效率大于80%,能量损耗小于1 dB,表明该方案有效可行。     

非平整端面光波导光学相控阵输出特性的研究

光波导光学相控阵器件端面的平整性对其输出特性有很大影响。基于光场相干叠加原理,建立了非平整端面下光波导光学相控阵的远场光场分布模型,给出了远场光场分布的一般公式,分析了非平整端面如何影响输出面上光场的相位以及输出面相位的变化如何影响远场光场分布。利用该模型计算和分析了倾斜平面、凹面、单层凹陷以及随机起伏面这几种特殊非平整端面下光波导光学相控阵输出光强分布的特点。研究结果表明:当光波导光学相控阵的端面非平整时,会不同程度地改变远场主瓣的位置和强度,影响光束扫描精度和功率。     

高功率光纤激光器的残留包层光滤除研究

为了提高大功率双包层光纤激光器的光束质量、光谱特性以及光纤系统的稳定性,设计了一种用于滤除光纤内包层残留光的新型高功率包层光滤除器。采用蒙特卡洛算法以及光线轨迹追踪法对包层光滤除器进行了数值计算,评估包层光滤除器的滤除能力,并借助计算流体力学软件ANSYS,分析包层光滤除器的温度场分布。结果表明,优化级联结构后的包层光滤除器的滤除效果达到16.7dB,降低了包层光滤除器的热点温度,在600W的输入功率下,热点温度降低了20.8℃,实现了包层光功率的均匀滤除;在滤除功率达到千瓦量级时,该包层光滤除器仍能够稳定工作在70℃以内,满足大功率光纤激光器系统稳定运行的要求。     

水下单光束扫描探测系统光路参数优化设计

针对水下单光束扫描探测系统探测水中近场目标的需求,为抑制海水后向散射干扰,提高系统信噪比,对系统光路参数进行了优化设计。通过推导系统盲区距离公式、水中目标回波和后向散射功率方程,分析了系统探测区域和信噪比同光路参数的关系。在不同水质条件下,基于粒子群算法(PSO)对光路参数进行了优化计算。结果表明:对探测区域为6-10 m的系统,当发射光束与接收视场平行,接收视场半角为9 mrad,收发间距为10.6 cm时,系统信噪比达到最佳。为验证理论模型的正确性,设计了水下激光探测光路模拟系统,测试不同光路参数下系统信噪比,实验结果与理论值一致。优化结果可为水下单光束扫描探测系统光路设计提供理论依据。     

波导HCN激光器输出的EH_(11)模在自由空间中的传播

本文讨论了波导HCN激光器输出的EH_(11)模在自由空间中的传播模式,并与理论进行了比较。在近场,光强的分布明显受到激光器结构上不对称性的影响,其某些特征与Degnan的计算相符;在远场,EH_(11)模的传播近似于高斯光束。因此,对远场激光传播特性的测量是光学系统光路设计的基础。     

多芯光子晶体光纤的相干组束集成

高功率光纤激光器的广泛应用前景使其成为固体激光器的研究新热点,但是由于受到受激布里渊散射（SBS）和受激拉曼散射（SRS）的影响,严重限制了单根光纤的最大输出功率,与此同时随着输出功率的增加带来了光束质量变差的问题。光纤激光并联组束的方法因其光束质量差,也在其应用上受到诸多限制,而基于倏逝波耦合的多路激光束相干叠加实现的相干组束技术则能使输出功率得以提高的同时保证好的光束质量。基于上述的问题,文中设计出解决方案并理论计算对比了一芯、三芯、七芯的光子晶体光纤光强分布情况,证明集成式多芯光子晶体光纤可以很好地实现相干组束输出,这为实现光纤激光器高功率和高光束质量输出提供新的可能途径。     

非链式DF激光器非稳腔数值仿真与实验

基于描述光束传播的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论,运用快速傅里叶变换算法仿真了非稳腔DF激光的三维近场、远场光强分布。仿真结果显示:非稳腔的近场输出光斑形状为中心对称的空心圆环,远场输出光斑为具有中心亮斑的多级衍射环;大M数将导致近场光斑能量集中,大的Neq值将引起远场发散角变大。运用该算法研究了腔镜倾斜对近场光强分布的影响:腔镜倾斜使光束近场分布变差,倾斜角越大,光强的非对称分布越明显。开展了非链式DF激光器非稳腔实验研究,实验得到的近场、远场光强分布及腔镜失调下的近场光斑变化情况与数值模拟结果一致,实验测量的远场发散角为1.2 mrad。文中的仿真结果可为DF激光器腔镜失调诊断及调节提供依据。