全固态连续波555 nm黄-绿光激光器

报道了全固态连续波555 nm黄-绿光激光器,黄-绿激光分别由Nd:YAG和Nd:YVO₄晶体的946 nm和1342 nm谱线非线性和频产生,两条谱线各自晶体对应的能级跃迁分别为⁴F_3/2-⁴I_9/2和⁴F_3/2-⁴I13/2。实验中采用复合折叠腔结构,利用LBOI类临界位相匹配进行腔内和频,当注入到Nd∶YAG和Nd:YVO₄晶体的泵浦功率分别为12 W和8 W时,获得542 mW的TEM₀₀连续波555 nm黄-绿激光输出,4 h功率稳定度优于±3.7％。实验结果表明,采用Nd:YAG和Nd:YVO₄两种激光晶体进行腔内和频是获得黄-绿激光的高效方法,并可以应用到其它两种激光晶体进行腔内非线性和频,获得更多不同波长的激光输出。     

CW可调谐单频环形染料激光器β-BaB2O4晶体内腔倍频

本文论述了利用β-BaB₂O₄晶体进行内腔连续波环形染料激光器倍频,获得了可调谐单频紫外相干辐射。在292nm附近,用3WAr⁺激光(全谱线)泵浦,得到非线性转换系数～8.33×10^-4W^-1。通过改变相位匹配角,在288～302nm范围内输出连续可调谐紫外谐波。β-BaB₂O₄晶体角灵敏度～27cm^-1/mrad。     

Mg(PO3)2-BaF2-AlF3系统玻璃的振动谱研究

应用红外及拉曼光谱研究了Mg(PO₃)₂-BaF₂-AlF₃系统氟磷玻璃的结构特征.证实了双键氧(P=O)及由Al(O.F)₄四面体和P(O.F)₄四面体所混合构成的网络结构存在于玻璃之中.在拉曼光谱中,V_Ba-F、V_Mg-F和V_Al-F振动吸收峰分别出现在480-510cm^-1、530-550cm^-1和580cm^-1处.根据红外及拉曼光谱的结果得出:随系统中氟化物含量的增加,玻璃结构逐渐由聚磷酸盐转变为焦磷酸盐和一氟正磷酸盐混合物,同时双键氧(P=O)消失.     

X2O3(X=B、Al、Ga)-K2O(ZnO)-Nb2O5系统玻璃生成及性质

用通常的玻璃熔融浇注或高温水淬火方法,研究了(B、Al、Ga)₂O₃-K₂O(ZnO)一Nb₂O₅系统玻璃生成能力。测定了有关玻璃的折射率、色散、密度及红外透过率等性质。实验结果表明:钾铌酸盐K(NbO₃)比锌铌酸盐Zn₂(Nb₂O₇)易形成玻璃;X₂O₃-K₂O-Nb₂O₅各系统均能形成玻璃。值得注意的是,X₂O₃含量低于30%mol(甚至可低达10%mol)时,仍然能生成玻璃。这时,Nb₂O₅含量按B³⁺、Al³⁺、Ga³⁺顺序而趋向增加(25-45%mol)。其中Al₂O₂和Ga₂O₃钾铌酸盐玻璃红外透过截止波长大于6μm;Nb₂O₅-B₂O₃-K₂O系统玻璃具有高色散、低折射率等性质,它们的密度与光性相近的其它玻璃相比又比较小。最后,根据玻璃结构参数、键参数、电负性与平均离子半径比的关系等计算结果,推断了Nb⁵⁺的配位数为四和六。Nb₂O₅在Nb₂O₅-X₂O₃-K₂O系统中赋存状态为偏铌酸盐。     

N2分子二聚物在352.3 nm处增益特性研究

利用微波放电激励高纯氮,并采用放大自发辐射法,研究了不同微波激励功率和不同N₂气压条件下N₂分子二聚物352.3nm辐射的增益特性。给出了沿放电管轴线N₂分子二聚物352.3nm辐射的小信号增益系数随微波激励功率和充入放电管N₂气压变化的规律。研究结果表明当微波功率大于100W时,充入N₂气压在330~1 800Pa范围内,N₂分子二聚物在352.3nm处存在受激辐射特性。当微波功率为500W,充入放电管的N₂气压为1 100Pa时,N₂分子二聚物352.3nm辐射的小信号增益系数最大为1.08%cm^-1。另外,还给出了N₂分子二聚物352.3nm辐射增益沿放电管径向分布情况。 N₂分子二聚物352.3nm辐射的增益系数在放电管中心最小,接近管壁时最大。     

高平均功率腔内和频蓝光Nd:YAG激光器

高平均功率蓝光激光是当前固体激光技术研究热点之一。尽管通过Nd³⁺的⁴F_3/2→⁴I_9/2态谱线倍频可获得瓦级蓝光输出,然而其准三能级物理特性严重限制其更高功率输出。研究了Nd³⁺离子⁴F_3/2→⁴I_13/2态1.3 μm谱线腔内三倍频产生高平均功率蓝光激光,获得4.3 W蓝光激光输出,重复频率3.5 kHz,脉冲宽度150±10 ns,光束质量M²因子约为5±1。研究表明:Nd∶YAG晶体1.3 μm多谱线振荡是制约实验结果的重要因素,若克服多谱线振荡问题,有望获得10 W级蓝光激光输出。     

OsO4窄谐振的CO2激光器频率的稳定

本文说明了OsO₄窄谐振的CO₂激光器频率稳定的可能性。实验室的实验装置在平均值时间取100秒时,获得了2×10^-11的频率稳定性。现已证明,OsO₄分子由于其固有的特性,当做为基准而用它来稳定CO₂激光器的频率时,前途是很有希望的。     

掺杂BaF2晶体的性能研究

为提高 BaF₂晶体的性能,生长了掺杂 LaF₃、NaF、CeF₃及纯的 BaF₂晶体,测试了其紫外透过谱、X 射线激发发射谱、紫外光激发谱、抗辐照性能及能谱,发现只有掺杂1.0%LaF₃的 BaF₂晶体能大幅度降低慢成份而对快成份影响不大且在10⁵～10⁶rad辐照剂量之下和纯 BaF₂一样在快成份光输出上有抗辐照能力,首次发现掺杂 LaF₃的BaF₂晶体紫外光激发谱中,385nm 处新激发峰。     

SF6饱和吸收稳频CO2激光器

利用SF₆吸收室对CO₂激光进行了饱和吸收引起的反拉姆凹陷的研究,把所获得的反拉姆凹陷对CO₂激光器的P(18)支线进行稳频,得到的频率稳定度为2×10^-10(伺服系统带宽为25赫芝时).提出了改进的途径并讨论了饱和吸收稳频激光器应用于外差激光雷达上的优点.     

铌硼酸盐玻璃熔体结构和性质的研究

本工作采用高温红外光谱,高温Raman光谱,高温偏光显微镜,以及原子径向分布函数,(RDF),DSC-7差热分析仪,粘度计等技术,研究了Nb₂O₅-B₂O₃-K₂O系统玻璃的高温熔体结构与性质。根据硼酸盐与铌硼酸盐玻璃高温熔体与常温玻璃结构的对比实验得出了在硼玻璃中,B^Ⅲ-O-B^Ⅳ为缺电子离域大σ键结合,并且,极不稳定。当向硼玻璃中引入Nb₂O₅,随着Nb₂O₅含量增加,将形成稳定的B^Ⅳ-O-Nb化学键,由于熔体中的环状结构逐渐增多,从而改善了玻璃的稳定性和各种机械性质。文章还论述了两类玻璃的析晶速度与其熔体结构和温度的相关性。     

空间光混频器分光性能的分析与优化

为了进一步提高零差相干光通信系统的接收灵敏度,对空间光混频器的信号光分光比进行了优化。根据零差相干通信系统数学模型,推导了信号光分光比和环路相位误差、通信误码率的数学表达式,经过计算分析可知当光混频器Q支路的信号光满足锁相环要求时,可通过提高I支路信号光分光比来降低误码率和提高接收灵敏度。在分光比优化后光混频效率提高了53.5%,通信探测灵敏度提高了3dB。利用VPI软件进行建模仿真,得到不同分光比下系统的眼图和相位噪声功率。仿真结果显示,探测灵敏度提高了2.83dB。最后,搭建了零差相干光通信桌面实验系统,研究了空间光混频器分光比和系统误码率、锁相环工作的影响规律,当分光比由0.5减小至0.2时,系统误码率由3.53×10~(-9)下降至4.25×10~(-10),当分光比为0.1时,锁相环失锁,误码率为1。实验结果基本符合理论和仿真结果,所得分光比的影响规律和优化结果将为空间零差相干通信系统的研制提供技术参考。     

Log-normal湍流信道中超奈奎斯特传输系统的误码性能

超奈奎斯特传输理论与调制技术相结合,可有效提高系统的频谱效率。本文将超奈奎斯特理论引入大气激光通信系统,构建了一种适合于log-normal湍流信道的超奈奎斯特光传输系统,推导了QPSK调制方式下超奈奎斯特大气光传输系统平均误码率的表达式,利用蒙特卡洛仿真进一步分析了该系统的误码性能及频谱效率。结果表明:采用超奈奎斯特技术方案可以较大幅度提升大气光传输系统的频谱效率,当SNR为18 dB,S.I.为0.4时其频谱效率可以达到1.7 Baud/Hz,而未采用超奈奎斯特技术时只有1.56 Baud/Hz。另一方面,大气湍流对超奈奎斯特系统误码性能的影响较明显,当S.I.为0.4,BER为3.8×10^-3时,信噪比恶化了约1 dB。相对于频谱效率的提升,误码性能的恶化是能够接受的。因此,可以将FTN技术引入大气光传输系统来提高系统的频谱效率。     

湍流信道下光空间调制信号的压缩感知检测

在光空间调制系统中采用最大似然检测算法可以获得最优的误码性能,但算法的译码复杂度限制了其实际应用。本文依据光空间调制激光器映射向量,并结合脉冲位置调制方式下的脉冲向量构建了具有稀疏特性的发送信号。基于该稀疏特性,采用正交匹配追踪算法提出了一种基于压缩感知理论的光空间调制信号检测方法。仿真结果表明:该方法以少量误码性能损失为代价极大地降低了信号检测的复杂度。当激光器数目为64时,相比于最大似然检测算法,本文所提方法的复杂度降低了99.54%。同时,由于稀疏性的引入,该方法更适合于具有大规模激光器的无线光通信系统。     

全彩发光二极管交通诱导屏光纤传输系统

设计了光纤传输系统以实现交通诱导屏图像数据的远距离实时传输。针对原光端机的诸多缺点,提出了传输系统的设计方案,构建了完整的系统结构。依据以太网相关传输协议对物理层和数据链路层的设计思想进行了分析,给出了系统中重要模块的设计方法,并对内存寻址和带宽估计进行了精确计算。测试结果表明:利用单芯光纤可完成最大分辨率为1 024pixel×768pixel,刷新频率为60Hz的图像源的实时传输,最大传输速率达1.5Gbps,距离为5～10km。与原传输方案相比,该方案减少了额外光端机设备,光纤利用率提高了80%,并利用接收端级联减少了光纤铺设成本。系统能够满足城市交通指挥中心对诱导屏实时信号的传输要求,传输性能可靠,已应用于现行交通诱导系统中。     

适合于大气激光通信的双空间调制

相对于传统的光空间调制,光广义空间调制在传输速率和频谱效率上虽然有了较大的提升,但其误码性能不够理想。本文利用脉冲位置调制(PPM)和脉冲幅度调制(PAM),通过每次同时激活两个激光器而提出了一种双空间调制(DSM)。采用联合界技术推导出了DSM的误码率理论上界,分析了其频谱效率、传输速率和复杂度的影响因素,并与已有光空间调制的性能进行了对比。仿真结果表明:DSM不仅提升了系统的频谱效率和传输速率,而且有效地改善了系统的误码性能。在相同的传输速率下,当误码率为1×10-3时,相对于(4,4)-8PPM SPPM和(3,4)-4PPM GSPPM方案,(3,4)-8PPM-2PAM DSM的信噪比分别改善了约2.5 dB和6 dB,频谱效率分别提高了2.335 bits/(s·Hz)和0.375 bits/(s·Hz)。DSM方案为未来大气激光通信传输速率的提高提供了一种有效手段。     

光纤传感器测量小孔圆度误差

提出了采用光纤传感器测量小孔圆度误差的一种新方法.该系统由光纤测量探头和以微型计算机为基础的控制电路组成.光纤探头由单根多模光纤制成,采用反射式光强调制原理.由红外发光二极管提供稳定的光源,返回光信号由光电二极管接收,并经过光电转换,由微机进行信息处理.传感器测头的结构小巧、抗干扰能力强,可以在高电压、强磁场和空间狭小的条件下工作,具有很强的通用性.实验表明该方法能可靠精确地测得小孔圆度误差.     

基于GNSS模拟器的加速度辅助跟踪实验验证

具有外部辅助信息的接收机跟踪环路可以提高接收机的动态范围、跟踪灵敏度与抗干扰性能,但由于目前开展实际高动态实验非常困难,故不方便对辅助效果进行实际信号的测试。介绍了一种基于GNSS信号模拟器高动态场景采集的卫星信号与辅助信息,在软件接收机中进行捕获与跟踪处理的测试方法,其中辅助信息为用户-卫星视线速度和加速度。实验过程中采用一种根据捕获多普勒频率进行时间对齐的方法,将卫星信号和采集时间存在延迟的辅助信息进行粗略对齐。在介绍传统的速度辅助方法和一种新的加速度辅助方法基础上,分析辅助信息时间延迟对辅助结果的影响,最后基于上述数据分别测试并对比无辅助、速度辅助和加速度辅助的跟踪环路性能。结果表明,由于经粗略对齐后的辅助信息相比卫星数据仍存在约1.3 s的时间延迟,导致速度信息无法辅助高动态卫星信号跟踪,而采用加速度辅助方式可将30 Hz带宽环路的跟踪误差从0.031周减小到0.020周,最小跟踪带宽从22 Hz降低至10 Hz;加速度辅助的20 Hz带宽环路跟踪误差为0.029周。因此,加速度辅助方式可减弱辅助信息时间延迟对高动态信号辅助跟踪效果的影响,对于高动态接收机的工程实现有实际意义。     

液晶自适应光学系统中倾斜镜的建模与控制

为了提高液晶自适应光学系统的波前探测精度,研究了该系统中倾斜镜的校正方法。分析了液晶自适应光学系统中各环节的物理特性,利用拉格朗日方程给出了倾斜镜系统模型的基本结构;采用子空间辨识方法确定了模型参数,同时利用非线性最小二乘算法对子空间模型的频域特性进行了修正。修正后模型幅频特性均方根误差为0.024 5dB,相频特性均方根误差为1.9008°。引入Smith控制策略来解决倾斜镜校正波前整体倾斜过程中的时滞问题;利用子空间辨识出的模型分别进行Smith和PID的仿真和实验验证,得到的结果与仿真计算相吻合,即在相同稳定裕度的情况下,采用Smith补偿PID算法的误差抑制带宽比传统PID算法提高了23.97%。最后,用提出的方法对一组湍流整体倾斜信号进行了校正。结果显示:采用Smith补偿PID算法的控制精度比传统PID算法提高了21.03%,证实提出的方法优化了倾斜镜的校正精度,保证了开环液晶自适应光学系统的波前探测精度。     

光学传递函数仪在红外光学系统装调中的应用

从光学系统装调中影响像质的误差来源出发,分析了光学传递函数仪的检测结果与光学系统装调误差之间的关系,讨论了光学传递函数仪在红外光学系统装调中的应用。实验证明,光学传递函数仪在红外光学系统装调中的应用是可行的。     

采用隐序列估计无线光信道时直流偏置的消除

针对在无线光通信系统中采用隐序列信道估计时存在的直流偏置问题,提出了一种利用信道状态参数消除直流偏置的新的隐序列信道估计方法,并对影响系统性能的关键因素进行了研究。采用均衡后输出信噪比最大准则推导并获得了最优功率分配因子,并用仿真实验分析了该方法的均方误差、计算复杂度等性能参数以及应用该方法后系统的误码率等。仿真结果显示:采用该方法有效地减小了直流偏置对系统性能的影响,与传统隐序列信道估计方法相比,其均方误差减小了约1/2,且均衡后系统的误码性能得到了明显改善;在最佳功率分配条件下,当误码率为4×10~(-3)时,直流偏置分别为0.2和0.4对应系统的信噪比分别改善了约2dB和6dB,而计算复杂度仅增加了14.2%。