飞秒激光脉冲在大气中的色散及补偿

卫星飞秒激光测距理论上可达到亚微米量级的测距精度,但飞秒激光脉冲在大气中传输时由色散导致的脉冲展宽显著,会使测距精度下降。为补偿飞秒激光脉冲在大气中的色散需对其色散量进行定量计算。推导了飞秒激光脉冲在大气中的群速度色散和脉冲展宽公式,表明脉冲展宽程度和群速度色散及传输距离有关;中心波长相同的飞秒激光脉冲脉宽越窄色散越严重,而当脉宽相同时,中心波长越短色散越严重。计算比较了大气和BK7玻璃的群延时、群速度色散和三阶色散。卫星激光测距系统应采用中心波长较长的1 550 nm的飞秒激光脉冲,脉宽应适当选取。由于飞秒激光色散严重,提出了采用单模光纤序列进行粗补偿和采用光栅对进行精密补偿的两种补偿相结合的方式对其色散进行补偿。     

超短强激光脉冲大气传输效应建模

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗以及人工放电等方面具有重要的应用,对超短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析,对超短脉冲强激光大气传输中各种线性效应及非线性效应。诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论,给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程,为此类问题的进一步研究提供了理论基础。     

光纤中皮秒超高斯脉冲的传输特性研究

用龙格-库塔算法对描述超高斯脉冲在光纤中传输的微分方程组进行了数值求解,数值结果表明光纤的二阶色散、三阶色散和脉冲初始啁啾使脉宽展宽,光纤非线性对脉宽有压缩作用.求出了能使超高斯脉冲在光纤中持续保形传输的用非线性系数归一化的二阶色散系数,该系数随超高斯脉冲的锐度因子增大而减小.当脉冲不能保形传输时频率与相位出现抖动,由...     

超短脉冲强激光大气传输的非线性效应

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗、以及人工放电等方面具有重要的应用, 例如, 利用超短脉冲强激光使得远距离处的大气局域电离, 其所产生的紫外辐射可以为大气组分主动荧光光谱学研究提供光源。对短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析, 对超短脉冲强激光大气传输中的各种线性效应及非线性效应, 诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论, 给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程, 为此类问题的进一步研究提供了理论基础。     

超短脉冲强激光大气传输的非线性效应

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗、以及人工放电等方面具有重要的应用．例如，利用超短脉冲强激光使得远距离处的大气局域电离，其所产生的紫外辐射可以为大气组分主动荧光光谱学研究提供光源。对短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析，对超短脉冲强激光大气传输中的各种线性效应及非线性效应，诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论，给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程，为此类问题的进一步研究提供了理论基础。     

太赫兹脉冲大气传输衰减特性

太赫兹大气传输是太赫兹科学技术及其应用的重要组成部分,渗透于所有的太赫兹应用技术领域。研究基于辐射传输、色散理论和Van-Vleck Weisskopf线型,结合喷气推进实验室(JPL)数据库,建立了太赫兹脉冲大气传输衰减与色散模型,对0.1 THz~1 THz频段太赫兹辐射在水汽中的吸收衰减特性进行了数值模拟研究,与现有的文献数据进行了比对。通过计算太赫兹脉冲大气传输,分析不同水汽密度和传输距离对波形幅值、相位及频谱特性的影响,得到了3个比较稳定的太赫兹脉冲大气传输窗口0.14 THz~0.17 THz、0.19 THz~0.32 THz和0.32 THz~0.37 THz,为太赫兹通信和时域太赫兹空间传输提供了理论参考。     

三阶色散对超高斯型脉冲传输特性的影响

从修正的非线性Schr?dinger方程出发,采用变分法,导出了在三阶色散情况下超高斯型脉冲参数随传输距离的演化方程组及其解,讨论了三阶色散对光纤中不同锐度超高斯脉冲传输特性的影响。求出了振幅与脉宽、脉宽与啁啾、啁啾与频率及中心位置之间的三个解析约束关系,得出了脉宽随传输距离演化的解析解,用龙格-库塔法进行数值求解描绘了不同锐度下三阶色散对光纤中超高斯脉冲的脉宽的影响。结果表明：超高斯型脉冲满足绝热特性,色散系数增大到0.3或脉冲前后沿锐度系数m≥3时,脉冲信号便会明显地被展宽,其周期也大幅度地变大。     

舰船激光通信中大气湍流对系统误比特率的影响

为了研究舰船激光通信系统中采用多光束发射与接收技术时,大气湍流对系统误比特率造成的影响,采用了对激光在大气湍流场中的传输方程进行解析求解的方法,忽略系统中其它噪声,仅考虑由大气湍流引起的系统误比特率,得到了在不同发射天线数目和相关系数条件下,传输距离、大气信道间距、对数振幅方差和系统误比特率的关系.结果表明,在弱起伏条件下,随着发射天线数目的增多或相关系数的减小,系统误比特率减少很快;湍流强度增大,系统误比特率增加;传输激光波长增大,系统误比特率降低;当发射天线数目一定时,随着大气信道间距变大,系统误比特率降低.     

基于单次自相关的超短脉冲激光脉宽测量研究

超短脉冲激光作为一种极短的时间探针,被广泛应用于物理学、化学、生物医学等各个领域。如何精确获取超短脉冲激光的时间脉宽,将是提高此时间探针精度的关键。文章展示了一种基于单次自相关技术的超短脉冲激光脉宽测量技术,并应用此装置进行了高精度实验测量,实验发现,随着和频光束束宽的增大,待测脉冲的脉宽也将随之增大。     

舰船激光通信中大气湍流对系统误比特率的影响

为了研究舰船激光通信系统中采用多光束发射与接收技术时,大气湍流对系统误比特率造成的影响,采用了对激光在大气湍流场中的传输方程进行解析求解的方法,忽略系统中其它噪声,仅考虑由大气湍流引起的系统误比特率,得到了在不同发射天线数目和相关系数条件下,传输距离、大气信道间距、对数振幅方差和系统误比特率的关系。结果表明,在弱起伏条件下,随着发射天线数目的增多或相关系数的减小,系统误比特率减少很快;湍流强度增大,系统误比特率增加;传输激光波长增大,系统误比特率降低;当发射天线数目一定时,随着大气信道间距变大,系统误比特率降低。     

机载激光雷达探测大气气溶胶时人眼安全的数值分析

采用美国ANSI标准,定量分析了机载环境激光雷达进行气溶胶探测时激光脉冲眼睛安全最大阈值能量、激光束发散角及高度的关系;计算了当1064 nm和532 nm激光脉冲能量相等时不同高度上激光脉冲眼睛安全最大阈值能量;同时模拟计算了激光脉冲眼睛安全系数SL与1064 nm和532 nm的激光脉冲能量、高度的关系,为我国第一台机载大气探测激光雷达探测气溶胶提供了激光脉冲能量设置的理论依据.     

脉冲TEA CO2激光器输出模拟

为了研究气体配比、抽运电子密度、腔长对脉冲横向激励大气压CO2激光器输出功率的影响,采用了六温度模型的方法,对工作气体中不同分子振动模式间的能量转移和激光输出功率进行了理论分析和模拟。当CO2,N2,He的体积比由4:30:65上升到6:30:65时,脉冲功率增加,输出延迟时间变短;当CO2,N2,He的体积比由5:15:65上升到5:35:65时,脉冲功率按先增加后减小的趋势变化,在N2比例约为25时达到最大;当CO2,N2,He的体积比为5:30:65、最大抽运电子密度由41012/cm3增加到61012/cm3、腔长由2m增加到4m时,脉冲功率都会逐渐增加;脉冲功率越大时,输出延迟时间越短,但有更长的拖尾现象。结果表明,气体配比、抽运电子密度、腔长对脉冲输出功率有影响,该研究为设计和优化激光器提供了参考。     

非晶硅薄膜的YAG激光晶化工艺研究

应用YAG激光器在不同工艺条件(激光脉冲频率及脉宽)下对非晶硅薄膜进行了微晶化处理。采用XRD和AFM对所制薄膜的物相结构和表面形貌进行了分析,并探索了激光脉冲占空比对非晶硅薄膜晶化的影响。结果表明,非晶硅薄膜在不同激光脉冲占空比情况下的结晶变化趋势均为多晶硅衬底表层先非晶化,后与非晶硅薄膜一起结晶,而利于其结晶的最佳占空比为1/25。已晶化硅薄膜的晶粒尺寸随占空比的增加先变大后变小。     

大气折射和色散对激光传输的影响

由于大气折射和色散效应，当用可见光或红外线瞄准目标而用另一波长的激光对目标进行探测或打击时，瞄准路径和激光传输路径是不一样的，瞄准点和激光束之间存在误差。本文建立了大气层折射模型，并给出了在不同仰角时，用可见光(0．55μm)和红外线(4μm)进行瞄准、用CO2激光器对10km远的目标进行探测或打击，瞄准点和CO2激光束之间的距离大小。     

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.     

扫描式微脉冲激光雷达的研制和应用

详细介绍了最新研制的扫描式微脉冲激光雷达MPL-AS以及它的特点和应用,探讨了微脉冲激光雷达探测大气气溶胶水平消光系数分布的数据处理方法,并给出了实地探测和数据分析结果。另外本文也尝试用消光系数与ρ(PM10)的相关关系,计算获得了ρ(PM10)水平空间分布。实地探测的结果表明:扫描式微脉冲激光雷达不仅可以探测大气气溶胶消光系数廓线和云层结构及其随时间的演变过程,还可用于城市大气环境水平方向空中污染状况的自动化扫描监测,获取感兴趣区域气溶胶的时空分布,是有利于空气环境治理的实用工具。     

扫描式微脉冲激光雷达的研制和应用

详细介绍了最新研制的扫描式微脉冲激光雷达MPL-AS以及它的特点和应用,探讨了微脉冲激光雷达探测大气气溶胶水平消光系数分布的数据处理方法,并给出了实地探测和数据分析结果。另外本文也尝试用消光系数与p（PM10）的相关关系,计算获得了p（PM10）水平空间分布。实地探测的结果表明：扫描式微脉冲激光雷达不仅可以探测大气气溶胶消光系数廓线和云层结构及其随时间的演变过程,还可用于城市大气环境水平方向空中污染状况的自动化扫描监测,获取感兴趣区域气溶胶的时空分布,是有利于空气环境治理的实用工具。     

一种由强光担任摇摆器的新型自由电子激光器及其增益分析

提出了一种由超短脉冲双光束担任摇摆器的自由电子激光器的原理及设计方案,并在单电子近似的基础上给出了计算其增益的联立方程组,以用于数值模拟.指出了实现一种紧凑、廉价的可调谐光源的可能性.     

大气气溶胶和云雾粒子的激光雷达比

对探测大气气溶胶和云雾粒子的激光雷达的关键参量——激光雷达比问题进行了详细的讨论，利用实际大气气溶胶和云雾粒子的光学特性对0．532μm和l.064μm波长上的激光雷达比进行了计算分析，得到了各种气溶胶粒子组份和典型的集合状态以及云雾粒子的激光雷达比。发现激光雷达比和粒子的物理、光学性质密切相关，不同种类的粒子的激光雷达比有巨大的差异，并且两个波长上激光雷达比的相互关系也不相同，这些结果为激光雷达探测大气气溶胶和云雾粒子提供了依据。     

复合脉冲深度激光打孔的实验研究

为了进一步提高激光在金属厚板上深度打孔的速率,针对5mm厚不锈钢板,采用高峰值功率短脉冲串叠加大能量长脉冲的双光束复合激光打孔方法,建立了复合脉冲激光打孔的理论模型,提出大能量长脉冲激光束的主要作用是熔化金属,排出金属熔融物主要靠高峰值功率密度的激光脉冲串,并研究了脉冲能量、脉冲宽度、打孔方式等不同激光参量下的激光打孔效果。结果表明,与长脉冲激光单独激光打孔相比,复合脉冲激光打孔能大幅减小穿孔时间,对脉宽2ms、单脉冲能量2.9J的长脉冲,复合脉冲打孔速率提高2.3倍,所需能量减少20%,且脉冲能量越大,脉冲宽度越窄,打孔速率越快。此研究为复合脉冲打孔的激光器选择提供了依据。