大气湍流图像像素偏差机理分析

对大气湍流导致图像畸变和像素偏差的因素进行了深入分析,对大气湍流状态下激光发射远距离光束的光束漂移均方值进行仿真,分析光束漂移均方值曲线,为后续对图像畸变、像素偏差校正及克服湍流影响提供有效的理论依据。     

材料加工用激光束质量初探

本文从激光材料加工的角度讨论了以M2参数作为光束质量评价标准的可能性。指出对穿透式的加工方式,M2参数可以表示光束的实用价值,但对表面加工方式,M2参数的大小并不能反映光束实际的实用价值。     

双面阵CCD实时测量激光发散角的系统

针对目前激光光束发散角测试速度慢,实时性差的问题,提出采用两个面阵CCD同时测量激光远场区域两个不同位置的光束宽度,用两点拟合的方法计算激光光束发散角的方法。该方法装置简单,可快速实时准确地测量激光光束发散角。测试结果表明,系统测量误差<0.1 mrad,重复测量误差均±1%之内。该测量方法研制的仪器成本低、测试效率高、便于携带,适合设备生产现场和空间有限的快速实时检测需求。     

斜程湍流大气中矢量涡旋光束的OAM特性研究

基于螺旋谱理论推导出矢量涡旋光束在斜程大气湍流传输中的轨道角动量(orbital angularmomentum,OAM)谱,讨论了修正Kolmogorov大气湍流对不同阶矢量涡旋光束光场分布及光束OAM谱的影响。利用旋转毛玻璃作为随机相位屏,实验采集了矢量涡旋光束通过旋转毛玻璃后的光强图像与归一化强度。结果表明:经大气湍流斜程传输后,矢量涡旋光束的光强分布产生畸变且OAM谱发生弥散,OAM谱弥散程度随传输距离的增大而增大。传输距离不变时,天顶角越大,主OAM模相对功率越小,湍流内尺度减小与折射率结构常数增大均会导致主OAM模相对功率减小。同一传输路径下,随着湍流强度的增大,矢量涡旋光束中心相位奇点的强度逐渐增大,并且拓扑荷不变时,偏振阶数高的矢量涡旋光束受到的湍流影响较小。     

970 nm超辐射发光二极管弯曲脊形波导数值分析

本文基于光束传播法(beam propagation method, BPM)和时域有限差分法(finite difference time domain method, FDTD)建立了分析模型,模拟并分析了弯曲脊形波导超辐射发光二极管(superluminescent light emitting diode, SLD)不同结构参数(刻蚀深度、曲率半径、脊形宽度)对波导损耗的影响和倾斜脊形波导不同结构参数(刻蚀深度、脊形宽度、倾斜角度、发射波长)对模式反射率的影响。计算表明,弯曲脊形波导的刻蚀深度和曲率半径是影响波导损耗的重要因素。刻蚀深度较浅使波导对光场的限制作用较弱,过小的曲率半径会使模式传输泄露严重,损耗大大增加。脊形宽度越大,波导损耗越小,其对波导损耗影响较小。脊形波导的端面倾斜角度是抑制模式反射率的重要因素,脊形宽度增加,模式反射率逐渐减小,并在特定的几个角度形成的奇点达到最小值。刻蚀深度对于模式反射率的影响作用较小,但随着刻蚀深度的增加,奇点发生的角度产生了向小角度偏移。在特定的倾斜角度范围内,随着波长减小,奇点的数目会逐渐增加。研究结果可对设计具有优越性能的SLD器件...     

聚焦部分相干平顶涡旋光束对瑞利粒子的捕获

基于广义惠更斯-菲涅尔原理和瑞利散射理论,推导了聚焦部分相干平顶涡旋(partially coherent flat-topped vortex, PCFTV)光束作用在瑞利微粒上辐射力的表达式,主要研究聚焦PCFTV光束对不同折射率的两种粒子的捕获情况。研究结果表明,聚焦PCFTV光束可以在焦点处捕获高折射率和低折射率的粒子。随着光束阶数的增大以及相关长度的减小,光束对微粒的捕获能力增强。所得结果对PCFTV光束应用于光学操控具有一定的意义。     

部分相干径向偏振拉盖尔-高斯脉冲光束在大气湍流中传输的光谱移动和光谱开关

研究了部分相干径向偏振拉盖尔-高斯(partially coherent radially polarized Laguerre-Gaussian, PCRPLG)脉冲光束在大气湍流中传输时的光谱移动和光谱开关。研究发现,在湍流大气传输时,光束轴上点光谱因受湍流影响产生的双谱峰现象会发生跃变,湍流越强,光谱在跃变后相对谱移变化越稳定,而轴外点光谱在越强的湍流中相对谱移变化范围越小。研究还发现,适当增加脉冲宽度会明显减小大气湍流对光束轴上点和轴外点光谱移动的影响。在不同脉宽下,轴上和轴外点光谱均会出现光谱开关,且轴外点光谱会产生两次光谱跃变的独特现象。在固定的传输距离上,拓扑荷越大,轴上点光谱移动越小,近轴范围内光谱相对谱移的变化范围越小,此外,不同拓扑荷下光谱均会出现谱开关。相干度越大时,光谱的变化越稳定,轴外点光谱的光谱开关发生位置越远。本文的研究结果为多普勒激光雷达的应用提供理 论依据,PCRPLG脉冲光束本身具有较强抗湍流能力,且通过调控光束参数可以减小光束光谱移动。     

非垂轴观测平面上自由曲面光束强度与波前调控(特邀)EI北大核心CSCD

自由曲面光束强度与波前调控旨在借助多个自由曲面实现对光束强度与波前两个属性的精准调控,然而这一调控工作通常要求观测平面垂直于光轴,导致系统光路布局受限。针对这一问题,文中提出了一种可实现灵活光路布局的自由曲面光束强度与波前调控方法。首先设定一个垂直于光轴的虚拟观测平面,并建立目标离轴观测平面上的特定照明分布和该垂轴虚拟观测平面上相应照明分布之间的映射关系。结合斯涅耳定律、局部能量守恒定律和光程守恒约束,建立针对垂轴虚拟平面的带有非线性边界条件的光束调控Monge-Ampère(MA)方程,之后采用有限差分法求解该垂轴布局光束调控模型,进而得到非垂轴观测平面上自由曲面光束强度与波前调控的数值解。采用该方法设计了一个用于调控点光源光束强度与波前的自由曲面透镜,借助蒙特卡洛光线追迹,验证了该方法在非垂轴观测平面上自由曲面光束强度与波前调控中的有效性。     

基于外腔光谱合束的650 nm半导体激光器EI北大核心CSCD

高功率650~660 nm波段激光器在可见光光电对抗领域具有重要作用,目前该波段光源由固体激光器通过半导体激光器泵浦并倍频输出,输出功率高、光束质量近衍射极限,但转换效率低。半导体激光器的转换效率高,但输出功率低,需要通过增加激光单元的方法提升功率,并通过激光合束的方式提升光束质量。文中提出外腔光谱合束的650 nm波段半导体激光器结构,通过实验验证可实现连续功率为7.3 W、光谱线宽为6.45 nm、电光转换效率为23.4%的650 nm波段激光输出,光束质量为M_(X)^(2)=1.95,M_(Y)^(2)=11.11,接近固体激光器,未来通过增加合束的激光单元数量并结合偏振合束可以获得更高功率的650 nm波段激光。     

高功率涡旋拉曼光纤激光器EI北大核心CSCD

近年来,携带轨道角动量的涡旋光束在激光加工、光学微粒操纵、超分辨成像、大容量光通信等领域应用广泛,目前已在稀土掺杂光纤激光器中得到了广泛研究。基于声致光纤光栅,实验搭建了全光纤结构拉曼光纤激光器,实现LP_(01)模与LP_(11)模的有效调控,并进一步通过偏振控制实现环形径向偏振光和拓扑荷数l=±1的涡旋光束输出,最高输出功率~70 W,中心波长为1134 nm。文中提出的激光器有利于拓宽涡旋光束输出波段,在多维光通信、光场和物质相互作用等领域具备较大研究价值和应用潜力。