光纤激光阵列相干合束的研究

相干合束是获得高功率、高光束质量激光的一种重要方法。为了分析光纤激光合束的特点,通过对相干合束不同传输距离光强分布特点的模拟对比,研究了光纤激光阵列结构、相位随机抖动、光纤间距、传输距离等因素对相干合成的影响,分析了相干合成时桶中功率随传输距离的变化。结果表明,相干合成时,不同光纤激光阵列结构在传输距离较近位置光强分布差别很大;随着传输距离增加,光强分布基本都接近高斯分布;轴上点光强分布极大值个数和阵列结构环数紧密联系;各光束之间的随机相位差越小,相干合成效果越好。这些结果对光纤激光相干和束的实验研究有一定的参考价值。     

激光时空特性对双光束相干合成影响分析

从标量衍射理论出发,分析了相干合成光束远场光强的分布特性,并以两路单元激光为例讨论了激光输出时空特性参数初相位、波前、偏振等特性对相干合成远场光强分布的影响,阐明了相干合成的高功率固体激光器必须采用同一个单频窄线宽种子源分束放大技术的原因,并结合高功率固体激光器实际结构特点与可采取的技术手段,提出光路差、光强比、偏振度...     

双光栅非相干组束系统单光束耦合效率分析

为了保证组束激光的光束质量,在非相干光纤激光组束系统中再引入一个与之平行的衍射光栅.这种双光栅非相干组束系统的单光束耦合效率是单程耦合腔效率和光栅衍射效率的合成,通过理论分析和数值计算,结果表明在设定的组束参数下双光栅非相干组束系统的单光束耦合效率可以达到75.9%左右.     

光纤激光器空间相干合束远场特性分析

基于Fraunhofer标量衍射理论,计算了按圆周形排列的6束光纤激光相干合束的远场光强分布,并对其能量集中程度进行了讨论。分析表明合成光束的远场光强分布可等效于若干平面波干涉结果与单束衍射包络之积,当单元激光器所排列的圆周直径在5倍单元激光束腰宽度以下的时候,合成光束将有超过90%的能量落在单元光束的86.5%能量圆以内。结论指出适当选择单元激光器的排列间距可以控制能量的集中程度,甚至使合成光束的能量集中度优于原单元激光器产生的高斯光束。     

畸变光束远场光强叠加特性研究

在远场将阵列激光的光强进行叠加是获取高功率激光输出的一种有效方法,由于激光在传输过程中会产生波前相位畸变,进而导致远场光强分布不匀滑。基于惠更斯-菲涅耳原理,建立了多束具有随机相位畸变的二维矩形阵列高斯光束非相干合成模型。模拟了光强合成过程远场焦斑的质量变化,计算了远场焦斑RMS和PSD与合成光束数量之间的关系。结果表明:光束非相干合成不仅能够有效提高激光的输出功率,还可以使畸变光束合成后的焦斑分布更加匀滑,提高光束的质量。     

部分相干光光束并合的光束传输变换特性

运用维格纳(Wigner)分布函数(WDF)研究了高斯-谢尔模型(GSM)描述的部分相干光-光束并合的光束传输特性.推导出了并合光束的光束传输因子(M2因子)、峭度因子(K因子)以及光强分布的解析表达式.研究表明,并合光束的M2因子、K因子、光强分布和束宽依赖于总的空间相干度α,间距xd,束腰宽度ω0和GSM子光束数目N,如果子光束具有较大的α值,并合光束在远场更能达到较高的峰值光强和较窄的束宽.     

基于偏振锁相的双光束相干合成

多路光束的相干合成是获得高功率、高亮度激光输出的有效途径.实验采用一种新型的偏振锁相技术,实现了对偏振方向相互垂直的两路光束的相位锁定和相干合成.研究表明该偏振锁相装置可将两束光的相位差锁定于0～2π之间的任意值且在较大振幅比情况下仍可获得大于90%的合束效率,是一种可定标放大的相干合成技术.     

湍流对相干合成与非相干合成远场光束质量的影响

根据广义惠更斯-菲涅耳原理,对相干合成和非相干合成光束在湍流大气中的传输进行数值计算,并引入光束传输因子(BPF)用于评价合成光束的光束质量,对湍流大气对相干合成与非相干合成远场光束质量的影响进行定量分析.研究结果表明,在自由空间及强度较弱的湍流大气中传输时,相干合成光束在远场呈现多旁瓣的非高斯分布特征,与非相干合成光束相比具有峰值强度高的优势.但是随着湍流强度的增大,相干合成光束之间的相干性被破坏,相干合成光束的远场光强分布逐渐演化成与非相干合成的情形一致.定量计算结果表明,对于不同波长、不同数目的激光阵列,在较强的湍流大气中传输时,相干合成的光束质量与非相干合成光束质量相比均不占优势.计算模型和结果为工程实际中合成方案的选择和评估提供了参考.     

阵列光束在湍流大气中传输的光强闪烁研究进展

相比单束光,阵列光束由于各光束之间互不相干,可以减小大气湍流引起的接收光强起伏。特别在激光照明和通信等应用场合中,非相干合成光束可以明显提高照明均匀性和减小通信误码率。简要介绍了相干合成阵列光束在湍流大气中传输的光强闪烁研究进展。针对非相干合成阵列光束在减小光强闪烁的优势,回顾了非相干合成阵列光束在激光主动照明、星地激光大气通信方面的实验研究结果;详细总结了子光束为不同类型的非相干合成阵列光束的理论研究方法和结果,包括不同波长光、基模高斯光、部分相干高斯光和艾里光。实际中子光束一般为部分相干光,它们互相之间存在相干性。提出了下一步应深入开展研究的问题为阵列光束大气的光强闪烁。     

“smile”对一维分布光源相干合束的影响

利用傅立叶方法导出的相下光束合成的远场表达式,讨论了一维锁相二极管激光列阵的相干合成远场.对发光单元数目分别为5、9、19列阵的同相模的远场光强分布进行了计算.以19个发光单元线阵为例,讨论了存在"smile"时DLA的远场特征,研究表明:"smile"对已经具有相干性的多光束合成场远场光强的分布并无严重的影响.     

多光束激光相干合成技术研究

在相干合成理论的基础上,建立了具有普适性的多光束激光相干合成数学模型,并通过计算机模拟了几种条件下多光束激光相干合成的强度分布情况,讨论了相干合成系统各参数变化对相干合成效果的影响.     

相干激光雷达平衡式相干探测技术研究

为了分析影响平衡式相干探测信噪比的因素,采用数学模型推导了平衡式相干探测原理和信噪比公式,分析了影响平衡式相干探测信噪比的因素,研制了用于相干激光雷达信号接收的平衡式激光探测器,并通过相干雷达样机,完成了气溶胶粒子发生米氏散射回波信号的探测。结果表明,研制的平衡式激光探测器具有非常低的噪声和高探测灵敏度特性,能较好地探测出大气中气溶胶粒子发生米氏散射的激光回波信号。     

双光束光纤激光器相干合成仿真及实验研究

为了研究光纤激光器相干合成,采用光纤激光的相干合成数学模型仿真了双光束光纤激光相干合成的方法,模拟仿真了各类因素条件下高斯光束相干合成的功率分布,分析了不同参量条件下对合成效果的影响,并针对部分仿真结果进行了实验研究。结果表明,双光纤激光空间距离为0mm,光束夹角为0°,偏振方向完全一致时,则相干合成效果最好。     

Effects of resonance asymmetries on the conversion of laser phasenoise into amplitude noise in fiber optic ring-resonators

Fiber optic ring resonators constructed from a continuous strand of single-mode fiber and an evanescent wave directional coupler can show an asymmetric resonance characteristic due to coupler losses. The effects of this asymmetry on the conversion of laser phase noise into amplitude noise is discussed. A mathematical model, valid for highly coherent signals, is used to analyze even high-finesse ring resonators with a minimum of CPU time     

电子调制的激光相干转轴振动测量技术的研究

转轴振动的测量和监控是旋转机械故障分析和诊断的主要手段。为了实现便携式高精度的现场测量,提出了电子直接调制的激光多普勒相干转轴振动测量技术。通过对测量系统的分析,推导出数学模型。结果表明,直接调制激光束的频率,简化了测量光路,减小了体积,降低了成本;采用激光多普勒相干测量,达到高分辨率的要求;二次混频的设计,解决了电磁干扰下微弱信号不好直接处理的难题;取样积分技术的应用,改善了信噪比,使系统精确度更高;该系统的测量不确定度小于0.1%。这对智能化的现场测量具有一定指导意义。     

Mathematical modeling of three-dimensional kinetically-limited laser chemical vapor deposition

Three-dimensional laser chemical vapor deposition is an important technique in freeform fabrication of microstructures. In order to optimize the system, a mathematical model is developed under kinetically-limited deposition for predicting laser dwell times on the surface scanned by the laser beam in order to fabricate a microstructure with a prespecified geometry. A numerical algorithm is developed based on this model. To demonstrate the applicability of the model, laser dwell times are computed in order to determine the laser scanning pattern for obtaining a parabolic microstructure, such as a microlens.     

Fast all-optical flip-flop memory exploiting the electric field nonlinearity of coherent laser amplifiers

The coherent nonlinear feedback in an integrated optical flip-flop is studied in order to demonstrate device applications of laser amplifiers operated above the laser threshold. The nonlinear feedback is provided by the stabilizing fields of the laser amplifiers, interfering with coherent optical reference fields. In both stable states of the flip-flop, the nonlinear feedback allows the laser amplifiers to maintain an ever present photon population in the laser modes and to have an approximately constant carrier population. This enables faster response (switching times below 25 ps are reached in this work)than in conventional active optical flip-flop structures. The operation of the flip-flop is studied using a rate equation model accounting for the carrier densities and the complex electric fields in the different cavity modes of the laser amplifiers.     

对集群光电成像传感器的多源协同相干激光干扰机理研究

目前激光干扰基本是一对一干扰模式,随着光电侦察传感器的大量使用,激光干扰急需面向集群目标的多对多干扰手段。立足于解决对集群化光电成像侦察的有效压制干扰问题,文中提出对集群光电成像传感器的多源协同相干激光干扰方法,以视场外散斑相干合成干扰作为多对多干扰实现的基本思路,探讨其相干干扰机理,建模分析双光束相干激光干扰光电传感器作用效果并提出对集群目标的协同干扰模型。仿真结果表明,激光入射角度是激光协同相干干扰的重要影响参数,能够作为干扰站协同部署的依据。同时,基于PSNR与MSE的图像质量评价结果表明,相干叠加干扰与单光束干扰以及非相干叠加干扰相比具有明显优势。     

Novel intra-cavity self-organization coherent erbium-doped fiber laser

A novel all-fiber self-organization coherent Erbium-doped fiber laser is proposed and demonstrated. The laser system is composed of two independent lasers. When each of the two branch lasers operates independently, the output power is 10. 41mW and 8.69 mW respectively. By adjusting a polarization controller (PC), the two lasers achieve coherent coupling, and the output power is 24.4 mW, which is more than two times that the single laser yields. Furthermore, we bring forward and discuss the factor estimating the effect of coherent combination—coherent coupling factor. The value of growth factor to evaluate the effect of coherent combining is 1.27. The coherent fiber laser has the advantages of simple structure, high efficiency and single frequency, which conduce to coherent coupling easily.     

无线相干光通信空间分集接收合并技术

空间分集接收能补偿大气湍流造成的信道衰落。在给出相干检测分集接收的系统模型和晴朗大气信道模型的基础上,考虑子孔径间信号相关性,分析了等增益合并分集和最大比合并分集的误码率性能,并就中断概率与选择分集进行了比较。分析结果表明,空间分集接收能够明显改善相干光通信系统的性能,并且接收信号间的空间相关性越小分集接收的性能越好,其中最大比合并分集性能相对其他两种合并方式优势明显,选择分集性能最差,但它与等增益合并分集的差距不大,同时选择分集实现相对容易,在工程应用中要综合考虑实现的难易程度和性能。