基于激光捕获的加速度测量原理及仿真

传感质量的非接触式支撑是实现高精度加速度测量的重要技术途径.目前的高精度加速度计大多采用静电悬浮技术或磁悬浮技术实现对传感质量的非接触式支撑.利用激光捕获技术实现对传感质量的非接触式支撑,最大程度地减少接触式支撑方式带来的加速度测量误差.基于微结构的多光束光纤光阱系统是一种配置简单、易于小型化和集成化的光阱形式,因此,是实现小型化、高精度加速度计的现实方案.建立了基于双光束光纤光阱加速度测量系统模型.加速度测量系统分为捕获与传感、微位移检测、光学闭环3个模块.在介绍各模块功能的基础上,重点研究了双光束光纤光阱系统的力学性质.利用射线光学的方法,对双光束光纤光阱中Mie粒子的轴向力进行了理论分析和数值仿真,并通过参数优化得到了10-7g/μm的加速度测量灵敏度.结果表明:基于多光束光纤光阱的光学加速度计方案可以得到较高的测量精度.     

神光-Ⅱ激光装置高精度时间同步时标系统

在使用高功率激光装置进行物理实验时,高精度时间同步的时标系统是实现物理过程精确诊断的必要条件。为了满足物理实验需求,该系统采用任意波形发生器输出信号时分复用结合高速电光调制的技术方案,同源产生了主激光、时标光、电时标和高精度触发信号等多路信号。时标系统共可输出532,355,266 nm三种波长共10路梳状时标光信号及8路梳状电时标信号、两路快前沿高幅值触发信号。时标信号与主激光时间同步抖动峰峰值达到12.80 ps,梳状时标光信号脉冲周期峰值抖动为6.40 ps,接近目前采用的测量系统极限。完成了时标系统在高功率激光装置中的应用演示,满足了诊断设备应用要求;对条纹相机不同扫程进行时间基准标定实验,可有效校准相机大扫程的时间误差。     

一种新型的共轴叠加复合涡旋光束

利用束腰半径不同、拓扑电荷数不相等的两束拉盖 尔高斯涡旋光束共轴叠加,产生了一种新型的复合涡旋光束。研究了束腰半径大小对光束分 布的影响以及复合涡旋光束的空间传播特性。结果表明,通过 改变其中一束拉盖尔高斯涡旋光束的束腰半径可以控制复合涡旋光束的明暗花瓣与光束中心 间距离; 复合涡旋光束在空间传播过程中表现出衍射展宽和古伊旋转等特性。基于反射式空间光调制 器(SLM)的 光电实验验证了上述结果。本文研究对深入理解复合涡旋光束的形成、分布特征以及其空间 传播特性等提供了一定的理论和实验依据。     

阵列合成激光束在湍流大气中传输的研究进展

多路激光束合成是获得高功率和高能量激光输出的有效途径,因此,多年来光束合成方法和技术得到了广泛的关注和深入研究。近年来,随着空间光通信和激光传播工程等应用需求的发展,合成光束在湍流大气中的传播过程及其规律研究也逐渐成为光传播研究领域的热点问题。针对多种典型激光阵列合成光束,首先对比分析了广义Huygens-Fresnel原理、Rytov微扰近似以及随机相位屏数值模拟等方法在激光阵列合成光束大气传输研究中的应用;其次,阐述了合成光束传播应用研究中的桶中功率、衍射极限倍数 、 因子、光束传输因子等光束质量评价因子的评价作用;最后,根据阵列合成激光束的研究现状和成果,提出了应进一步深入研究的问题。     

增益可调半导体激光器混沌偏振延时双反馈周期的控制方法

提出增益可调半导体激光器混沌偏振延时双反馈控制方法,分别建立了垂直正交偏振延时双反馈、偏振π/2转动延时反馈控制以及同偏振面方向延时正负反馈激光动力学物理模型等.通过调节激光器外腔光路中的平面镜可控制一平面偏振反馈光的延时时间,或调节一偏振反馈光的偏振面到另一个偏振反馈光的偏振面方向上,或者通过偏振器对偏振光进行相位补偿都可以进行激光混沌控制.数值结果证明该方法可以有效控制激光混沌到周期态等.     

电寻址振幅型空间光调制器的光束整形能力

对电寻址振幅型空间光调制器(SLM)在高功率激光系统中存在的问题进行了分析.理论分析了电寻址空间光调制器的黑栅效应对光束近场光束整形效果的影响,提出了通过优化空间滤波器的小孔参数获得最佳整形效果的技术方案,并计算了小孔滤波后的能量利用率.同时,分析了液晶空间光调制器的开口率对光束整形的影响,为了提升近场整形精度,空间光调制器的开口率最好大于64研究了纯振幅型空间光调制器调制过程中引入的相位畸变,从理论分析和实验验证两方面得出了附加相位分布图,计算得出最大附加相位为0.226λ.     

多光束周视激光引信与定向战斗部的配合

为满足定向战斗部对多光束周视激光引信的延时和方位要求,针对引战配合问题,依据激光探测原理建立了弹目交会过程中最佳起爆延时和最佳起爆方位角的数学模型。仿真结果表明：所建立的最佳起爆延时与方位角模型正确,且与弹目视线角、目标初始方位角、弹目间距、弹目相对速度、破片飞散速度、目标和弹体外型参数等信息有关。根据多光束周视激光引信系统提供的信息参数,可计算出最佳起爆延时与最佳起爆方位角,能够控制战斗部适时定向起爆,实现对目标的有效打击。     

用于超短激光脉冲技术的高精度数字同步机的研究

数字同步机是用来解决超短激光脉冲输出大晃动问题的一种高精度宽延时范围的数字同步系统.对于不同的延时时间,以巧妙地运用数字延时和模拟延时相结合的方法,满足不同延时时间的实验要求,保证了各延时段临界点的延时精度.数字同步机实现一路标准时钟脉冲输出,四路延时脉冲输出,输出脉冲的晃动值≤500ps,很好地满足了实验要求.     

大口径光束引导装置设计

在惯性约束核聚变装置中,为了实现高精度光束焦点位置调整的目的,采用了基于高精度自动调整反射镜进行光束准直引导的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了不同驱动方式下电动反射镜的调整精度数据.结果表明:柔性铰链连接直线微位移驱动机构和旋转轴框,能够有效地消除摩擦和间隙等对精度的影响,该电动反射镜能够在±15 mrad的运动范围内实现1μrad激光光束指向调整分辨率,满足了神光-Ⅲ装置的技术要求。这一结果对大型激光器中高精度光束调整系统的设计是有帮助的。     

激光调阻机的光学系统设计

激光调阻机是通过激光打点切割,改变电阻体的导电截面积,从而达到把低于目标阻值的电阻体阻值修调到要求阻值允许的偏差范围内,适用于片状电阻器的快速大规模生产.在激光调阻过程中,通过高精度的数字电桥实时监测阻值变化,控制调阻进程,辅之以系统复杂的机械手操作,脉冲激光器高频输出,光束精确定位控制及其它机电操作控制,自动完成每小时十几万支电阻的调修生产,是集光、机、电一体的现代化高科技生产设备.调阻机光学系统主要由三部分组成:1)光源系统,2)光束扫描系统,3)光学监视系统.光源系统包括激光器、光束能量衰减器、扩束器等.作为激光调阻机的加工用光源,其特性参数对调阻效率、精度有直接影响,本机采用Nd∶YAG声光调Q脉冲固体激光器,光束模式为TEM00模.激光调阻时,薄膜电阻材质不同,所需要的激光功率也不同,通过在光路中加入衰减片的方法,可获得稳定的调阻功率.光束扫描系统由双向扫描振镜和聚焦f-θ透镜组构成,前者实现光束按要求偏转,后者对光束进行聚焦,使其焦点位于电阻片表面.聚焦镜头由多片透镜组成,除有普通光学系统的一般要求外,还要求该镜组达到扫描距离与扫描角度成线性关系.光学监视系统包括分光镜、变焦镜头、CCD相机和照明光源等.分光镜经过特殊镀膜处理,以实现对不同波长光的透过及反射要求.调阻用的激光是单色光,f-θ聚焦镜组在设计时无须考虑消色差.照明光源采用高亮度红光二极管,可获得清晰的观察效果.(OE33)     

CMOS／SEED光电子集成Crossbar互连网络的实现及控制

本文报道了光电子集成 Crossbar互连网络的光学实现及电控制方法。采用带光窗口的 CMOS/SEED灵巧像元列阵作为逻辑控制交换开关节点 ,输出光强的高低态对比度约为 1.4。由波长为 85 0 nm的半导体激光器发出的光束经过位相计算全息光栅分束器分束 ,形成 8× 2的光束阵列 ,为 CMOS/SEED光调制器窗口列阵提供泵浦光源 ,采用精密加工的高精度二维光纤阵列作为信号输入、输出接口器件。采用计算机并口产生电控制信号实现网络的交叉连接功能 ,编制了相应的控制软件。实验上完成了 16× 16 Crossbar光互连网络的交换功能     

宽温宽带高精度可调光纤延时线的设计与研究

针对宽温宽带大动态高精度光延时调控的需求,结合数控级联和空间光连续可调延时技术,设计了一种大动态高精度延时稳定可调的9 bit光纤延时线,并采用磁光开关和稳相光纤搭建了工程样机.试验结果表明,样机在60℃宽温范围内实现了工作频率1～18 GHz,以5 ns为步进,延时范围达2 555 ns,延时精度优于士5.8ps的任意可调;同时,针对某一延时点实现了动态范围为600 ps、精度优于1 ps的延时连续可调.     

纯相位空间光调制器动态控制光束偏转

提出并设计了一个采用液晶空间光调制器(LCSLM)作为光束动态偏转器件的无机械光束扫描系统,实现了光束的方向和强度的可编程控制,解决了远场任意图形的激光光束动态逼近问题。逼近方法采用纯相位调制技术和傅里叶迭代优化算法结合的衍射图形相位优化设计方法。介绍了点阵图形发生原理并给出实验装置图。实验结果显示,用该方法产生的二维阵列式光束,其光斑强度偏差度小于8%,图形发生响应时间小于100 ms,该实验结果能够满足多光束准确动态偏转的要求。该系统具有精确、响应快、无机械惰性等特点,在激光寻的、制导以及多目标威胁预警和反击中有着重要的研究价值。     

宽角光束传播法在集成光学中的应用

阐明了一种简单的宽角光束传播法在集成光学中的应用，用该方法计算只需要同一般的光束传播法相同的内存和几乎相等的计算时间。但是宽角光束传播法具有较高的精度，尤其在模拟光波导中非旁轴光传轴时，宽角光束传播法更显其优点。     

基于AT89C2051单片机的延时控制电路设计

在单片机的控制应用中,常有延时的应用,如延时开启、延时关断和延时灯亮等。延时功能除可以使用定时器/计数器实现之外,还可以使用延时程序完成。本设计采用AT89C2051单片机控制,通过对软件程序的编制,利用单片机语言中的延时、软件陷阱、伪定义、中断和计时等一系列汇编语言程序使外围电器能够实现准确延时时间的供电或断电,并且操作中延时长短可调整,可复位、可停止。     

端面抽运对组合抽运DPL振荡光的控制作用

为了在大功率激光二极管抽运固体激光器（DPL）中实现高光束质量和光束的可控制性,提出了激光二极管端侧面组合抽运DPL方案,建立了端侧面组合抽运模型,分析了端面抽运光对振荡光的控制作用,并进行了实验验证.由数值计算和实验结果看出,相对于侧面抽运,端侧面组合抽运DPL中端面抽运光的运用,使零阶模的竞争能力明显提高,光束质量得到了很大改善.总抽运功率一定时,端面抽运功率越大,零阶模的竞争能力越强,输出光束质量越好.因此通过改变端面抽运功率的比例,提高光束质量,并实现对振荡光的控制.     

离轴非稳腔导引光多光束干涉与远场图样研究

研究光腔内导引光的往返振荡物理过程与传播特性有助于理解、判断光腔的准直失调状态。离轴非稳腔作为一种兼具高提取效率与高光束质量的混合非稳腔,调腔导引光在离轴非稳腔中的振荡物理过程研究鲜有报道。通过理论计算与实验研究了导引光在离轴非稳腔内的多光束干涉过程及其远场传播特征,在实验中搭建了离轴非稳腔（X方向为平凹稳定腔,Y方向为共焦非稳腔）导引光研究装置,通过凹球面镜小孔注入波长为632.8 nm的基模高斯光束,开展了光腔准直与导引光远场图样研究,实验结果与计算结果吻合较好。计算与实验结果表明：离轴非稳腔的干涉图样与传统共焦非稳腔/稳定腔不同,调腔导引光在腔镜小孔注入处出现椭圆“水滴”状干涉图样,该图样亮度较高,可以用于判断光腔的准直状态。输出导引光的远场光斑在Y方向上是不同振荡阶次的亮核光斑,其中高阶次亮核光斑可用于指示红外激光的远场光斑位置。     

计算全息法获取高阶类贝塞尔光束的新设计

基于计算全息法（CGH）以及夫朗禾费衍射近似条件下的衍射理论,设计了获取各阶类贝塞尔空心光束的光栅,通过对光束在径向及其传播方向上的光强分布进行模拟分析,得到光场随着类贝塞尔光束的阶数、传播距离以及径向r的分布规律,得到的空心光束的暗斑尺寸、环状光束宽度和光束半径等表征空心光束特点的参数能更好满足光镊一光钳操作系统要求...     

基于复振幅调制的半导体激光光束整形方法

为了改善半导体激光光束质量,使其能够满足大距离高精度干涉测量的要求,使用空间光调制器对半导体激光光束进行整形,提出了一种基于复振幅调制算法的光束整形方法。利用该方法可将半导体激光光束整形为准直性好、光强分布均匀的无像散基模高斯光束。通过光束质量分析对整形后的光束进行评估,实验结果显示整形后半导体激光光束在x和y方向的M2因子均趋于1,像散接近于0,验证了该光束整形方法的有效性。将提出的半导体激光光束整形方法应用于大距离干涉测量中,在8m处进行了微米级步进位移测量,与纳米位移工作台相比,所得结果达到了亚波长的测量精度。实验结果表明整形后的光束能够满足大距离高精度干涉测量的要求,验证了提出的半导体激光光束整形方法的可行性。     

大功率半导体激光器阵列光束整形新进展

大功率半导体激光器阵列(LDA)的应用日益广泛,但受其发光机制的限制,光束质量较差.为满足应用要求,必须对LDA光束进行整形处理.介绍了LDA光束整形的基本原理和关键技术,按照光束传播特性的不同,将整形技术分为两大类,即几何光学光束整形和衍射光学光束整形方法进行了阐述.在阐述典型例子的基础上,分析和比较了各种整形方法的优点和不足.