激光脉冲波形对液体中热膨胀机制致声特性的影响

首先阐述了激光与液体媒质作用通过热膨胀机制激发平面光声源的理论;分别针对激光脉冲为正弦波形、三角波形和高斯波形的情况,推导了激光脉冲分别在约束界面和自由界面下产生声脉冲的解析解,然后通过仿真得到了激发声波的光声脉冲剖面和时空分布图;并对比分析了正弦波形、三角波形和高斯波形的激光脉冲分别在约束边界和自由边界下激发声波的峰值声压、光声转换效率和波形等特性.     

提高液体中脉冲激光致声转换效率的理论研究

从液体中脉冲激光致声的理论出发,讨论了热膨胀机制下提高光声转换效率的措施,并着重讨论了不同液体媒质的特性对转换效率的影响;基于Helmholtz共振器的共振频率和放大特性理论,讨论了通过共振光声池的设计提高光声转换效率的可行性;指出在对光致声波可重复性和可控制性没有特殊要求的情况下,可采用高功率光纤激光器,通过汽化机制或介电击穿机制激发声波,提高转换效率.     

激光在液体中的声效应研究

以研究液体中激光声波的特点与应用为目的,从理论上分析脉冲激光在液体中产生的声波的波阵面、光声脉冲波形的特点,并用实验的方法观察脉冲CO2 激光光声脉冲的波形、频谱特性及光击穿现象。结果表明光声波的波阵面与吸收激光能量的媒质的形状有关;光声波的波形随激发机制而变化; CO2 脉冲激光在水中通过热膨胀机制激发的声波能量主要分布在100kHz以下,光击穿时水面可以观察到微爆炸和亮光现象。可以通过液体中光声效应现象和 光声信号波形的变化判断其激发机制,并确定液体的汽化与光击穿阈值,控制激发过程以获得确定特性的光声信号。     

脉冲激光在水中激发声脉冲的光声能量转换效率

利用TEA-CO_2脉冲激光在水中激发热弹光声信号,采用压电陶瓷水听器接收并将光声信号转换成电信号送入数字存储示波器,计算出声脉冲的能量,从而获得该激发条件下激光能量转换成声波能量的效率η。结果表明不采用凹面镜聚焦激光脉冲能量密度低于2 J/cm~2时,光声转换效率η为10~(-7)～10~(-5),聚焦之后η增大一个数量级;激光脉冲谱线宽度固定时,能量越高,η越高;激光脉冲能量相同时,激光脉冲谱线宽度越大,η越高。故可以通过聚焦、增加激光脉冲谱线宽度、提高激光能量等方法来提高光声转换效率η,获得强的热弹光声信号。     

一种水下激光声通信声源的设计方法

单个激光声脉冲具有脉宽窄、频带宽的特点,不适于远距离水声通信。为了改善激光声通信声源的频谱特性,提高通信性能,采用对激光声进行调制的方法,建立了调制激光声码元的数学模型,基于该模型,提出一种调制激光声源的设计方法,该方法使调制激光声码元频谱的能量集中体现在调制特征的频率上,降低了信号的频谱宽度,更利于激光声信号在水声信道中远距离传播;推导了在热膨胀机制和光击穿机制下调制激光声码元的调制参量,利用实验获得的热膨胀和光击穿激光声脉冲,仿真了该方法下的调制激光声码元,并分析其频谱特征。结果表明,该声源调制方法是正确和有效的。     

一种跨介质的空中-水下激光致声探测技术研究

跨空水介质间的探测技术是世界主要海洋国家的热点研究问题。为研究空中平台与水下的激光致声探测技术,文中在光击穿机制下采用纳秒脉冲激光与水听器之间的光声信号转换来进行空-水跨介质探测模拟实验研究及验证工作。搭建了激光致声空气-水下实验测试系统,采集了激光声扫描探测数据,对典型实验数据在时域内进行分析得出了激光激励声波的传播特性,根据时间互易原理实现了水下激光声信号的三维探测成像。利用有限元法进行激光在水下激发声波及传播的数值仿真,据此对实验进行了验证。此外,从仿真中发现通过提高脉冲能量至2.8×1010 W/cm2所激励的声波在传播400 m后仍能观测出明显的信号,信噪比约为11.3 dB,证明了百米级传输及探测的可能性。此研究结果为采用激光致声技术进行跨空-水介质探测提供了依据。     

激光激发源对声表面波的影响

利用激光激发声表面波及光差分技术研究激光源对声表面波的影响。实验中利用了Nd∶YAG脉冲激光器激发超声,采用632nm的He-Ne激光器基于光束偏转法的光差分检测系统,测量了铝样品表面的声表面波,获得了很好的信号。在此基础上研究了激发源的形状和能量对激发的声表面波幅度的影响。同时从热弹和融蚀机制下讨论激光声表面波的产生。在这两种机制下,声表面波的幅度发生了很大的变化。随着激光能量密度的增加,声表面波的幅度由线性变化转换为非线性变化。这一结果对激光激发声表面波理论研究有一定的指导意义。     

脉冲CO2激光水下致声声脉冲特性的实验研究

以分析水中的光声信号的特点为目的,采用实验的方法利用压电陶瓷球形水听器、数字存储示波器,对TEACO2脉冲激光在水中激发声波的幅度、频率等特性进行了测量,并用信号分析软件进行分析和处理。结果表明,TEACO2脉冲激光在水中产生的声信号幅度随脉冲能量增加而增大。实验中首次发现,激光声频率在100kHz以内有31kHz和62kHz两个峰值,且该两频率峰值随激光脉冲宽度增加而减小。光声信号的以上特性表明,可以通过调节激光脉冲的能量和宽度,选择或控制应用于水声通信、水下资源探测等技术的光声信号。     

水下目标的激光双波段探测技术

研究了一种采用蓝绿波段激光、红外波段激光相结合的水下双波段激光探测技术,分析了红外波段激光击穿水辐射声波应用于水下探测的基本模式、探测特点及声信号的激发机理,实验研究了激光声信号的强度、波形、频谱等特性.实验结果表明,双波段激光复合探测模式可将空中光信道、水中声信道结合起来,具有强大的技术优势;激光声信号应用于水下探测,具有优良的脉冲特性及频谱特征.研究结果有助于推动激光在海洋中的探测应用.     

脉冲激光倍频产生的光声信号的研究

当调ＱＹＡＧ脉冲激光在ＬｉＩＯ３晶体中产生倍频时，由于部分基频光转换成倍频光，激光在倍频晶体中产生的光声信号将会增强，并随晶体的倍频位相失配角变化。报道了有关的实验结果，并进行了分析。     

高重复频率的增益开关Nd3+:YVO4+KTP绿光激光器

摘要：介绍了可连续和脉冲双模式输出的绿光激光器。用一只半导体激光器端面抽运Nd3+:YVO4+KTP胶合晶体,通过腔内倍频,获得光-光转换效率为19%的连续绿光激光输出。利用增益开关技术,改变注入激光器的电脉冲波形,可以得到方波、正弦波或三角波的绿光激光脉冲输出;调节激光器驱动电流的幅度和占空比可改变输出激光脉冲的强度和脉宽;改变驱动电源的重复频率可以使输出绿光激光脉冲的重复频率连续可调,最大重复频率可达2MHz。在重复频率为560kHz时,获得了输出绿光激光脉冲宽度为74ns、峰值功率为285mW、振幅噪声小于3%。     

高重复频率的增益开关Nd3+:YVO4+KTP绿光激光器

为了设计一种可连续和脉冲双模式输出的绿光激光器,采用一只半导体激光器端面抽运Nd3+:YVO4+KTP胶合晶体,通过腔内倍频,获得光-光转换效率为19%的连续绿光激光输出.利用增益开关技术,改变注入激光器的电脉冲波形,可得到方波、正弦波或三角波的绿光激光脉冲输出;调节激光器驱动电流的幅度和占空比可改变输出激光脉冲的强度和脉宽;改变驱动电源的重复频率可以使输出绿光激光脉冲的重复频率连续可调,最大重复频率可达2MHz.在重复频率为560kHz时,获得了输出绿光激光脉冲宽度为74ns、峰值功率为285mW、振幅噪声小于%.研究表明,利用增益开关技术可以获得重复频率和窄脉冲宽度的绿光激光脉冲.     

Synchronized transform-limited operation of 10-GHz colliding pulse mode-locked laser

We report a 10-GHz colliding pulse mode-locked laser fabricated with integrated active-passive waveguides. The laser fabrication adopted a deep reactive ion etching and single-step metal-organic vapor phase epitaxy regrowth process for forming the buried heterostructure waveguide. Clean output pulses resulted from laterally tilting the active-passive interface and effectively suppressing residual back-reflections at the interface. Hybrid mode-locking resulted in a synchronized transform-limited sech/sup 2/optical waveform. Pulsewidth, chirp, timing jitter, and frequency-locking range were investigated through systematic device biasing condition optimization.     

固定光强下组合啁啾波形优化谐波光谱的研究

为了输出具有高转化效率和高光子能量的谐波光谱, 采用求解薛定谔方程的方法, 理论研究了多色组合啁啾波形对谐波光谱的影响。结果表明, 在固定激光强度下, 最佳三色啁啾波形可以有效延伸谐波截止能量; 最佳四色啁啾波形可以增强谐波强度; 选择最佳三色和四色组合波形下的谐波光谱进行谐波叠加可获得42as的孤立阿秒脉冲。这一结果对超短阿秒脉冲的产生是有帮助。     

不同盐度海水的光击穿声辐射特性研究

强激光聚焦于水下时,通过光击穿机制辐射强声波信号。水体介质的盐度不同,在同等的激光参数、光学系统条件下,光击穿辐射的声波在强度、脉冲波形、频谱特征上具有一定的差异性。为研究水介质盐度对激光击穿形成的空泡辐射声波的影响,构建了激光声测量系统,实验研究了不同水体盐度参数对光击穿辐射声信号的影响。结论：激光击穿水介质伴随空泡脉动、声信号辐射效应;激光声信号脉冲宽度与水体盐度无关;空泡尺寸和激光声信号强度与激光脉冲能量成正比关系;水体盐度与激光声信号的强度早非线性变化关系。研究结果有助于激光声在海洋中的应用。     

高增益高转化效率LD侧面泵浦模块的研究

采用光电探测器和脉冲电流钳对泵浦波形和激光输出信号进行采集,通过示波器判断激光起振时间,从而判断激光增益大小。比较了激光晶体半径分别为1.5 mm、2 mm、2.5 mm三种条件下LD侧面泵浦模块的增益特性。结果表明,激光晶体半径相对较小时,激光建立时间短,因此增益高,输出激光能量大,光-光转化效率高。     

基于氢气填充空芯光子晶体光纤的全光纤型气体拉曼光源特性

理论和实验研究了调Q光纤激光脉冲抽运基于氢气填充空芯光子晶体光纤气体腔的全光纤型气体拉曼光源的特性。抽运光脉冲波长为1064.7nm时,产生的Stokes频移光波长为1135.7nm。理论和实验结果均表明,产生的Stokes频移光脉冲宽度远小于抽运光脉冲,并且,Stokes频移光脉冲宽度随抽运光脉冲能量的提升而增加。此外,减小抽运光脉冲宽度,可以降低拉曼阈值抽运能量、提高Stokes频移光的转换效率。在重复频率为5kHz、脉冲宽度为125ns的调Q光纤激光脉冲抽运下,实验测得拉曼阈值抽运能量和拉曼阈值点处转换效率分别为2.13μJ和9.82%。     

激光二极管抽运的自拉曼Nd∶YVO_4激光器

研究了激光二极管(LD)抽运的自拉曼Nd∶YVO4调Q激光器的特性。Nd∶YVO4晶体同时作为激光介质和拉曼晶体,通过声光调Q技术,产生了1176 nm的拉曼激光。测量了平均输出功率、脉冲宽度和单脉冲能量随抽运功率和脉冲重复率的变化。典型的1064 nm基频光和1176 nm拉曼光脉冲的脉冲宽度分别为26.3 ns和9.0 ns。在脉冲重复率为20 kHz,抽运功率为8.46 W时,产生了平均功率为0.384 W的1176 nm光的输出,光-光转换效率为4.54%。使用速率方程对自拉曼Nd∶YVO4调Q激光器特性进行了理论研究,把脉冲重复率为10 kHz,20 kHz,30 kHz时拉曼光单脉冲能量和脉冲宽度的实验值与理论值进行了比较,结果基本相符。