多波长激光的大气消光系数相关性及实时反演计算研究

利用Mie散射理论并结合激光多点断层测量技术,得到了不同波长消光系数之间的相关关系.使用自主研制的激光遥感式后向散射能见度测量仪,利用实测数据得到了波长为1.06μm激光的大气消光系数,进而利用不同波长消光系数间的相关关系实时反演计算了波长为0.532μm、0.86μm、1.57μm和3.47μm激光的大气消光系数,并与实测波长为0.532μm的大气消光系数进行了比对,结果表明可以使用大气消光系数相关性实时反演计算红外辐射大气传输并建立红外辐射实时大气传输修正模型.     

1.06μm激光在海水中传输特性的研究

分析了1.06μm脉冲激光信号与海水中各种物质的相互作用关系,分别就海水中水分子、浮游植物、黄色物质、悬浮颗粒与1.06μm脉冲激光的吸收和散射特性展开研究,最终构建了1.06μm脉冲激光在海水中的传输特性模型。该模型的建立,为采用1.06μm脉冲激光监测海洋环境参数奠定了理论基础。     

基于非视线红外激光大气散射通信技术研究

为了实现非视线激光大气散射通信,根据米氏散射理论,建立了非视线通信链路模型,研究了1.06m激光的大气散射通信技术,分析了激光接收功率、激光发射功率、激光发散角、接收视场、探测器灵敏度、发射机倾角、接收机倾角、大气衰减和通信距离的关系,并搭建了试验原理系统,进行了1km距离的散射通信试验,获得了激光散射信号。结果表明,在一定的天气条件下,采用波长为1.06m的红外激光进行信号传输,有望实现远距离的大气散射通信。     

激光信号大气散射探测分析

有些应用场合需要利用大气气溶胶对激光的散射来探测激光。在都市郊区大气模型条件下,利用米氏散射理论,对1.06μm激光在低空大气中传输时散射辐照度的分布进行了理论分析和数值计算。得到激光大气散射辐照度随离轴距离的增大近似按反比规律缓慢下降、能见度仅影响散射强度的大小而不影响散射强度的分布等特征。这些特征在激光散射实验中得到了初步的验证,可为激光信号的散射探测提供理论依据和参考。     

威胁源参数对激光散射截获半径的影响

在利用Mie散射理论对1.06 μm脉冲激光在低空大气中传输时散射辐照度的分布进行了分析计算的基础上,以激光测距信号为例,讨论了激光威胁源参数（脉冲能量、脉冲宽度、威胁源距离等）变化对激光告警散射截获半径的影响,结果表明：威胁源参数变化会对激光散射截获半径产生明显影响。因此,在考核和使用激光告警设备时,必须考虑威胁源参数变化因素的影响。     

激光大气传输特性及其回波信号仿真研究

基于Rayleigh散射和Mie散射理论,利用已有的中光谱分辨率大气辐射传输模式(MODTRAN)数据及参考模式大气(RMA)数据资料,对355nm、2μm、10μm激光信号的散射、消光、透射等大气传输特性进行了仿真和比较。同时利用高斯函数分析了355nm波长处的Rayleigh和Mie回波信号光谱分布,并模拟了不同高度处的大气回波信号光谱。结果表明:与2μm、10μm相比,355nm波长的激光信号的散射特性较好;其在大气中传输时,衰减严重,适用于晴空大气;该波段的多普勒测风激光雷达接收到的回波信号在底层以Mie信号为主,高层以Rayleigh信号为主;综合考虑各种因素,选用355nm作为星载多普勒测风激光雷达的工作波长。     

激光大气传输透射原理及应用

分析了激光大气传输时的衰减过程,介绍了几种情况下的大气散射透射率.以典型的1.06μm激光为例,详细推导了其经大气吸收和散射后的透过率,在此基础上举例说明了运用激光透射规律所设计的一些装置及其应用.     

组合脉冲激光铝等离子体的数值模拟研究

为了获得组合脉冲激光诱导等离子体光谱性能增强的物理机制, 基于FLASH程序模拟计算了预脉冲参数对组合脉冲激光诱导的铝等离子体参数时空分布的影响, 获得了在不同预脉冲波长和不同预主脉冲延时下产生的铝等离子体电子温度、电子密度和烧蚀质量的空间演化规律。结果表明, 在预主脉冲总能量相同的情况下, 随着预脉冲波长从0.266μm变化到1.064μm, 高温环境氦气等离子体羽辉的空间范围从0.7cm增大到3.0cm, 但组合脉冲对靶材的烧蚀效率严重下降, 而铝等离子体的最大电子温度保持稳定; 此外, 组合脉冲的时间延迟低于100ns。该研究可为组合脉冲激光诱导击穿等离子体光谱增强技术提供理论参考。     

单脉冲激光散射探测研究

利用低空激光大气传输模型,对1.06μm激光在大气中传输时散射辐照度的分布进行了数值计算,通过与相同条件下的激光器回波信号能量进行比较,发现计算结果在理论分析上存在较大差异,其原因是未考虑激光器的单脉冲特性。通过对在单脉冲工作方式下的激光散射能量公式进行改进,提高了散射探测的计算精度。     

大气中激光散射信号的特征分析

利用米氏散射理论,对1.06μm脉冲激光在低空大气中传输时的辐照度的分布进行了理论分析和数值计算,得到了都市郊区大气模型条件下,不同离轴距离时辐照度随时间的变化曲线,并对其峰值位置随离轴距离的变化进行了数值分析。进一步的数值分析表明,脉冲激光在传输过程中出现最大辐照度的位置距出口的距离与离轴距离成反比关系。在分析散射信号时域特征的基础上,对利用该特征对激光光源的定向可行性进行了初步探讨,认为单个探测器难以实现对激光源的定向,因此提出了用多个散射探测器对激光源进行定向的方法。     

0.53和1.06μm脉冲激光聚变用双色镀膜评价

评价了0.53和1.06μm波长各种双色镀膜的光谱性能和激光损伤阈,以便确定这些镀膜是否适用于1毫微秒脉冲激光聚变实验和建立基本数据。增透膜、部分透过高反膜及最高反射膜由TiO_2和Sio_2膜层组成,均淀积在BK-7衬底上。对每一种膜系都检验了两种不同的结构。光谱测量表明,这些膜系已满足性能要求。1.06μm的激光损伤阈值同以前的单色膜系相似,而0.53μm的损伤阈值均为1.06μm波长情况的一半。     

激光大气传输透射原理及应用

分析了激光经过大气传输时所受到的衰减,以典型的1.06μm激光为例详细推导了经过吸收和散射后激光的透过率,在此基础上举例说明了运用激光透射规律所设计的一些装置及其应用.     

激光大气散射离轴探测建模及仿真

基于米氏散射理论,建立了波长1.064μm激光离轴散射探测模型。利用编程语言MATLAB设计了激光离轴散射探测仿真软件,该软件能够仿真计算多种大气传输条件下的散射辐射参量,并绘制相应的曲线。对激光告警散射截获半径评估和制导激光散射光特性进行了仿真计算,结果表明,该模型能够预测不同气象条件下的散射参量,为系统设计者和工程使用方提供了简便、快速的大气散射仿真工具。     

激光在临近空间中的传输特性研究

基于大气分层理论,分析了临近空间环境的特性,同时利用Beer定律和Markov模型分别对激光在临近空间中传输的衰减效应和湍流效应进行了计算和仿真。结果表明：O3分子的吸收、气溶胶粒子的散射和高空大气分子的散射是造成激光衰减的主要因素,30km高空以上激光已很少受到湍流效应的影响,并且常用的1.06μm激光比10.6μm激光的光强闪烁小,更适于在临近空间中进行传输。     

大气散射对激光制导武器对抗半实物仿真试验的影响分析

介绍了米氏散射的基本算法,利用米氏理论计算波长1.06 μm脉冲激光在实验室环境下的散射辐射照度,结果说明散射辐射照度远低于接收探测器灵敏度.仿真试验中,照射器的能量不能过高,否则会损伤探测器.     

大气后向散射对主动探测激光脉冲的影响

分析了大气散射模型导致的后向散射对激光脉冲的影响,建立了激光脉冲后向散射物理模型,可用于估算后向散射产生干扰脉冲的功率.利用雪崩二极管探测器(APD)对实际大气条件下大气后向散射对探测激光脉冲产生的干扰脉冲进行了测量,结合测量结果和模型计算结果得到气溶胶和分子散射综合相函数值,与实测后向散射相函数值具有较好的一致性,对设计激光主动探测系统具有实际应用价值.     

激光光谱

本文报道国内首次开展的激光等离子体X射线吸收谱工作。实验采用新颖的“点投影”方案。该方案使用两路脉冲激光,波长均为1.06μm脉宽均为250ps,能量均为6～10J,其中一路激光以扩展线聚焦的形式辐照在平面铝     

重频双波长输出(Nd,Ce):YAG喇曼频移激光器研究

通过实验对高重频喇曼双波长激光器的关键技术进行了详细的研究,成功地实现了频率为15Hz,1.54μm/1.06μm混合激光输出脉冲能量达20mJ的双波长喇曼激光输出。     

重频双波长输出(Nd,Ce)∶YAG喇曼频移激光器研究

通过实验对高重频喇曼双波长激光器的关键技术进行了详细的研究,成功地实现了频率为15Hz,1.54μm/1.06μm混合激光输出脉冲能量达20mJ的双波长喇曼激光输出.     

大气多次散射效应对星载激光测高仪测距偏差值的影响

大气多次散射效应会使得星载激光测高仪脉冲回波信号发生拖尾现象,导致激光测高仪的测距值出现偏差。根据激光测高仪的工作原理并利用半解析型蒙特卡罗方法,建立了大气多次散射效应条件下的脉冲回波信号及距离偏差的数学模型,并基于GLAS系统参数,仿真分析了云和雾的多次散射效应对距离偏差值的影响规律。结果表明,随着大气参数的变化,距离偏差会呈现不规则的起伏变化。当云层粒子尺度大于150μm或雾的消光系数小于1.68 km-1时,大气多次散射效应对测距偏差值的影响小于1 cm。所得的结论为星载激光测高仪测量天气的选取以及系统参数的优化提供了理论依据。