全光纤多普勒测速系统的研究

为了验证全光纤多普勒测速系统的低速响应能力,采用窄带光纤激光器、准直透镜等器件搭建了一套迈克尔逊干涉仪结构的全光纤多普勒测速系统,分析了其测速的基本原理,并对喇叭振动进行了测试。采用快速傅里叶变换对信号进行处理,解调结果表明,该系统对低速响应灵敏,能够有效地测量出喇叭膜片振动速度,最低可测速度在1mm/s以下,速度分辨率可达0.1mm/s。     

望远镜准直系统应用于激光的单模光纤耦合

介绍了用望远镜准直系统提高激光光纤耦合效率的方法 ,提出对于那些直接耦合效率非常低的系统 ,利用合适的望远镜准直 ,耦合效率可以大大提高。激光器为TA1 0 0型 ,1 6∶1的望远镜系统使单模光纤的耦合效率达到70 % ,保偏光纤耦合效率达到 6 7%。介绍了实验中两透镜距离如何影响耦合效率 ,望远镜系统选取的原则 ,及将其应用于其他激光器的情况     

一种应用于激光微烧蚀的光学聚焦系统简化设计方法

针对激光微推力器对光学聚焦系统结构紧凑、聚焦光斑尺寸小以及避免羽流污染的特殊要求,采用传统的光线追迹法研究单透镜直接聚焦、双透镜准直聚焦两种典型方案光学设计方法。针对低功耗半导体激光器光纤耦合输出的芯径和数值孔径条件,在50m级聚焦光斑约束下,研究单透镜聚焦系统设计方案,得到了透镜厚度、焦距、工作距等设计参数的关系;研究准直聚焦光学系统的双透镜系统设计方案,得到了透镜厚度、透镜中心距、工作距等设计参数特征关系。针对两种典型光学设计方案,给出了工程应用设计参数。文中提出的设计方法避免了复杂的光学设计过程,可为激光微推力器激光光束微尺度聚焦提供一种简单实效的方法。     

激光定距引信远场光斑的压缩整形

针对激光定距引信的小型化激光发射系统远场光斑过大、探测距离偏近的问题展开研究。利用几何光学原理对激光定距引信的发射光学系统进行设计,采用非球面透镜与变形棱镜组合实现引信远场光斑的压缩整形,并通过ZEMAX 光学软件仿真优化和光斑试验。仿真试验结果表明,发射光束经过光学系统后,500m处的激光光斑直径被压缩到10 mm 且呈圆对称形状,准直效果显著优于柱透镜光学系统,使原有小型化、低功耗的激光定距引信探测距离明显增大。     

保偏双光纤准直器的研究与设计

从理论分析了光在自聚焦透镜中的传播性质，进而提出了保偏双光纤准直器的设计和研制，实验结果表明。该保偏双光纤准直器具有良好的插损，回损等性能，并且能成功的运用于偏振光合束器中。     

高精度激光准直系统的研制与分析

阐述高精度激光准直系统的总体构成及特点,着重分析高斯激光束经过薄透镜的变换规律、最佳准直区域以及激光准直光学系统的设计思路.给出系统光电接收转换元件的主要技术参数、直线度误差测评软件的设计方法和用于高精度激光准直系统实现直线度误差的静态、动态测量方法和直线度误差的主要评定方法.利用开发的测评软件,对系统进行了实验测试,给出了实验结果,并对该系统的应用作了展望.     

大功率双包层光纤准直器的建模与仿真分析

研究了一种适用于大功率激光应用的双包层光纤准直器。考虑在制作准直器时,双包层光纤尾纤和C-lens 透镜端面8倾斜角度的影响,从高斯光束通过复杂光学系统的一般模型出发,利用矩阵光学的理论,在光线传输的子午面和弧矢面上分别进行建模计算,推导光线的传输变换矩阵。结合实际应用中光纤及C-lens 透镜的相关参数,仿真分析了尾纤与C-lens 透镜间距及C-lens 透镜参数对准直器工作距离和出射光束腰直径的影响。研究结果对进行大功率准直器的设计具有指导意义。     

外差探测激光多普勒雷达系统性能研究

外差探测激光多普勒雷达由于具有测速精度高和可辨别速度方向等优点而广泛应用于测风、流体测速以及着陆导航等方面。对外差激光多普勒雷达的测速原理、误差来源和系统噪声进行了分析,并给出了系统的信噪比和探测精度的仿真结果。搭建了全光纤外差探测激光多普勒系统。用研制的高精度运动目标模拟器开展了相关测速实验。实验结果表明,速度测量精度优于6.7 cm/s,而且与速度大小基本无关,这与仿真分析结果相一致。     

大功率半导体激光器阵列光束光纤耦合研究

从半导体激光器的光参数积出发，给出了一种集光束准直、整形、聚焦及耦合的高功率半导体激光器阵列光束的光纤耦合方法。推导出了正交的两组准直微透镜阵列的面形公式；计算了准直光束的准直精度和聚焦光学系统参数。作为例子，给出一个光纤芯径为800μm，数值孔径0．37的光纤耦合高功率半导体激光器实验结果．其耦合效率大于53％。     

姿态误差对机载激光多普勒三维速度测量精度的影响

激光多普勒测速系统可实现空中运动平台的速度测量,平台的姿态测量误差是影响其测速精度的重要因素。为实现运动平台三维速度的测量,以相干探测原理为基础,设计并搭建了全光纤三光束激光多普勒测速系统,建立了运动平台三维速度测量的数学物理模型,对系统测速相对误差进行了数值模拟研究。研究结果表明,姿态测量误差对测速精度的影响不可忽略;随着俯仰角度的不同,俯仰误差与旋转误差对测速精度的影响程度会发生变化;测速精度与旋转误差呈线性关系,而与俯仰误差存在着非线性关系。研究结果可为激光多普勒测速系统的设计以及速度修正提供理论依据。     

A Consideration of an Optical Coupler for Optical Submarine Transmission Laser Redundancy Systems

Theoretical and experimental results are described for a new optical coupler which consists of two laser diodes, two GRIN spherical rod lenses, a polarizing filter, and a single-mode fiber, and which employs laser diode polarization characteristics for an optical submarine transmission laser redundancy system. This optical coupler has two channels at 1.3 μm wavelength. Optical coupler loss values, which include coupling loss, polarization loss, and assembly loss, are 4.9 dB for one laser diode and 5.2 dB for another laser diode. Such loss values are almost the same as the conventional laser diode module loss for a single-mode fiber. This paper describes in detail a laser redundancy system in an optical submarine transmission system, structure and characteristics of an optical coupler, and experimental results on a high bit rate long-haul transmission system using the proposed optical coupler.     

激光成像系统中高耦合效率单模光纤耦合器设计

在三维激光成像系统中,其性能表现绝大部分决定于器件接收背反射光能幅度的大小,以及耦合器中空间光到光纤纤芯的光耦合效率的高低.为了增加耦合器中激光能量到纤芯内的耦合效率,提出了一种新型非球面透镜到锥形光纤头的耦合器的设计,得到了该耦合器中耦合效率的解析表达式.通过优化耦合透镜的倒相对孔径,对应波长为1 310 nm和1 ...     

LD Redundancy System Using Polarization Components for a Submarine Optical Transmission System

An LD redundancy system having one cold standby laser diode is proposed to improve reliability in submarine optical transmission systems. This system makes use of the intrinsic laser polarization and consists of two LD modules and a polarization coupler connected by polarization maintaining (PANDA) fibers. The optical power insertion loss of this LD redundant system is 5.5 dB, including coupling loss between the laser diode and PANDA fiber. This LD redundant system will be applied in submarine optical repeaters.     

基于双光纤耦合的微深孔测量方法

为了解决微深孔的精密测量问题,介绍了一种基于双光纤耦合原理的微深孔测量方法.该方法属于瞄准触发式测量方法,通过双光纤耦合器及显微物镜将光纤传感器触测头在微深孔内的微小位移量转变为CCD图像捕捉系统的横向位移量,利用图像空间定位算法得到CCD上的光斑中心位置.由CCD上光斑能量中心位置与传感器触测点在空间位置的一一对应关系即可得出传感器触测头在孔内部与孔壁的接触状况,从而实现对被测孔测量时的高精度瞄准.光纤传感器瞄准后将发出信号给测量长装置,如双频激光干涉仪,以实现对微深孔的精密测量.最后运用该方法对直径为0.2 mm、深2.0 mm深盲孔的直径进行了测量,其测量结果的重复不确定度优于0.4 μm.同时运用该方法对直径为0.3 mm、深110 mm的微深孔的圆柱度进行了测量.     

LD redundancy system using polarization components for a submarine optical transmission system

An LD redundancy system having one cold standby laser diode is proposed to improve reliability in submarine optical transmission systems. This system makes use of the intrinsic laser polarization and consists of two LD modules and a polarization coupler connected by polarization maintaining (PANDA) fibers. The optical power insertion loss of this LD redundant system is 5.5 dB, including coupling loss between the laser diode and PANDA fiber. This LD redundant system will be applied in submarine optical repeaters.     

移频延时自外差法的DFB激光器线宽测量

为了测量分布反馈（DFB）单模半导体激光器线宽,采用一种新颖的基于马赫-曾德尔干涉结构的光纤自外差测量方案,设计了一套全光纤延时自外差法测量系统,并进行了理论分析。在此基础上搭建了延时光纤长度分别为900m,3000m和6000m的窄带线宽测量系统,对实验室一台中心波长为1550nm、标称线宽值为800kHz的DFB单模半导体激光器光源进行了测试,测得激光器线宽值分别为951.566kHz,832.471kHz和802.221kHz,并对所设计的方案进行了模拟仿真验证。结果表明,与模拟仿真结果作对比,延时光纤长度为6000m时的窄带线宽测量系统最优,其误差在3%之内,证明了所用自外差干涉原理的合理性和准确性。全光纤移频延时自外差法对测量DFB激光器线宽具有优越性和重要的实用价值。     

星间光通信发射终端激光耦合单元的设计及实验研究

激光耦合系统是星间光通信系统的重要组成部分。针对星间光通信系统的要求，本文采用一种新型的半导体激光耦合方案，用前后正交的非球面柱面透镜准直半导体激光束，再经渐变折射率（GRIN）自聚焦透镜聚焦耦合入单模光纤。就耦合效率随半导体激光器对光轴的偏离和对光轴角度的偏转进行了研究，发现耦合效率的变化灵敏度不高；同时，在光纤尾纤处测量了输出功率随驱动电流的变化关系，单模运行的半导体激光二极管经耦合后，出纤功率可以达到80mW，满足了星间光通信的要求。     

Optical coupler for laser redundancy system

Experimental results are described for a new optical coupler, which consists of two laser diodes, two GRIN spherical rod lenses, a polarised filter and a single-mode fibre, and employs laser diode polarisation characteristics for an optical submarine transmission laser redundancy system. This optical coupler has two channels at a 1.3 ?m wavelength. Optical coupler loss, which includes coupling loss, polarisation loss and assembly loss, is 4.9 dB for laser diode 1, and 5.2 dB for laser diode 2.     

高亮度半导体激光器泵浦光纤耦合模块

采用一种阶梯排列结构的单管激光器合束技术制成了高亮度半导体激光器光纤耦合模块,可用于泵浦掺Yb3+大模场双包层光纤激光器。利用微透镜组对各单管半导体激光器进行快慢轴准直,在快轴方向实现光束叠加,然后通过两组消球差设计的柱面透镜组分别对合成光束快慢轴方向进行聚焦,耦合进入光纤。实验中将6只输出功率为6 W 的976 nm单管半导体激光器输出光束耦合进芯径为105 m、数值孔径为0.15的光纤中,当工作电流为6.2 A 时,光纤输出功率达29.0 W,光纤耦合效率达到80.1%,亮度超过4.74 MW/cm2-str。     

时间拉伸光子多普勒测速技术研究

在瞬态高速测速场景中,目标物体在几十ns时间内能加速到几~几十km/s,因此光子多普勒测速系统中电学数模转换器件带宽要求达到GHz甚至上百GHz。时间拉伸光子多普勒测速系统利用飞秒激光时间拉伸特性,在光域中完成信号降频处理,降低了光电信号探测器件和电学数模转换器件带宽压力。提出了改进的时间拉伸光子多普勒测速系统,飞秒脉冲经过第一级色散器件充分展宽铺满整个时域,避免了速度信号的采样间断;信号解调上采用误差补偿算法对频移信号进行补偿,减小了因为位移引入的系统误差,从而增加了有效记录时间。实验使用纳秒激光驱动铝膜产生高速飞片,测试了文中测速系统在记录时间1.2 μs内的实验效果。实验使用重频50 MHz飞秒光源,第一级和第二级色散器件分别使用200 km和100 km单模光纤,构成比例因子2/3。最终实验表明系统将3.6 GHz的多普勒频移信号降低为2.4 GHz,通过与光子多普勒测速系统进行结果比对,实验动态误差小于5%。该系统将能够应用于多种动高压技术加载飞片场景下的速度进行测量,为瞬态高速测量领域提供了新的测量手段。