转动拉曼测温激光雷达的双光栅单色仪研究

纯转动拉曼测温激光雷达中采用双光栅单色仪结构的优点是能提供优于10-7的抑制比,能够很好抑制Rayleigh-Mie散射,得到纯度很高的转动拉曼谱,并且能够提高光的透过率,具有长期的稳定性.光纤、透镜、光栅参数的选择及焦板上光斑的精确定位是双光栅单色仪研制成败的关键.在合适的参数下计算出了双光栅单色仪的滤波函数,高低量子数回波信号强度比以及温度随高度的变化,计算出的温度与代入的温度相差约0.3 K,说明此双光栅单色仪的设计是合理的.     

双光栅转动拉曼雷达带宽对反演大气温度的影响

介绍了双光栅转动拉曼激光雷达的双光栅单色仪结构,并推导了相应的雷达公式.利用该公式把双光栅单色仪带宽对雷达反演温度带来的影响,简单地转化成双光栅单色仪带宽内包含的转动拉曼谱线对雷达反演温度带来的影响,结果表明多谱线比值反演的温度小于单谱线反演的温度,最大误差达13 K.     

一种高线色散率测温激光雷达双光栅光谱仪

与目前广泛应用的532nm波段的发射波长相比,采用355nm波段发射波长进行大气温度观测对分光光谱仪的精度要求更高,分光光谱仪的线色散率要达到0.1nm/mm。提出了一种新型高线色散率纯转动拉曼激光雷达分光光谱仪,通过设计双光栅结构来达到激光雷达纯转动拉曼回波信号分光的目的。利用Zemax软件进行设计,模拟分析结果显示:间隔0.1nm的两个相邻光谱在分光光谱仪聚焦镜焦平面处两个相邻谱线中心可以分开1mm,满足测温纯转动拉曼分光光谱仪线色散率达到0.1nm/mm的要求。将实验得到的斯托克斯回波信号强度与理论计算结果进行对比,验证了纯转动拉曼雷达中应用双光栅光谱仪的可行性。     

基于SPCE061A的激光衍射光栅测试仪设计

激光经衍射光栅衍射后的光斑亮度比和透过率的测定是保证光盘驱动器等电子设备的质量一个关键环节,采用高性能16位单片机SPCE061A创新地设计实现波长650 nm激光衍射光栅测试仪器.主要设计了测试仪的小信号采样及调理电路、单片机最小系统以及相关的软件程序.实验结果表明,对衍射光栅0级和1级光斑亮度比和光栅透过率测试误差和均方差均满足了光栅测试的精度和稳定性要求,大大提高了测试的可靠性和效率.     

保偏光纤双光栅传感性能的实验研究

在H2敏化处理的保偏光纤上的同一位置制作了中心波长分布在1300nm和1550nm窗口的两个光纤光栅,并对这种保偏光纤双光栅的传感特性进行了实验研究与理论分析,结果表明这种光栅可以用作多传感器,对温度、应力、压力等多个参量进行测量,还可以作为对保偏光纤光栅进一步深入研究的参考。     

纯转动拉曼激光雷达反演低层大气折射率廓线

大气折射率是影响光电探测领域测量精度的重要因素.为了提高光电测量精度,提出利用纯转动拉曼激光雷达信号反演低层大气折射率廓线的方法.通过接收N2和O2的纯转动拉曼回波信号,由双光栅单色仪分光后获得高低量子信号.根据高低量子信号的比值反演得出大气温度和大气压强廓线,从而获得大气折射指数垂直分布.通过与折射指数理论模型相比较,表明纯转动拉曼激光雷达反演对流层折射指数有较高的精度.给出了多组折射指数廓线的反演结果,得出多天夜晚不同时刻折射指数的特性.结果表明一天中不同时刻折射指数变化较小,7.5 km内最大相对误差约为0.4%;不同月份之间折射指数波动较为明显,4.5 km内相对误差可达3.5%左右.     

白天大气测温的转动拉曼激光雷达分光系统

大气测温转动拉曼激光雷达通常采用双光栅单色仪来分离得到拉曼散射信号谱线,然而这种结构存在通带较宽的缺点,以致白天工作时输出信号混合了较强的天空背景干扰,无法准确测量大气温度。Fabry-Perot标准具具有滤波带宽窄、带外抑制比高,以及透射率呈周期性的特点,在光栅单色仪前插入Fabry-Perot标准具,能够有效扣除背景光干扰,同时将氧气的拉曼散射谱线滤除,从而提高了输出拉曼谱线的纯度和输出信号的信噪比,最终可提高温度反演精度并实现日光环境下工作。     

基于光纤F-P滤波器的全光纤水汽拉曼激光雷达系统的设计与分析

提出并设计了一套基于光纤F-P滤波器的可见波长域全光纤水汽拉曼激光雷达系统,实现对大气水汽和气溶胶的精细探测。讨论了光纤F-P腔内损耗和腔镜反射率对F-P透射谱的细度、峰值透过率以及带宽的影响,得到腔内损耗在小于3%的情况下,光纤F-P滤波器具有较高的峰值透过率（>0.5）和较窄的谱线带宽(<0.9nm)。通过结合光纤带通滤波器和二级级联光纤F-P滤波器的参数设计,在三个独立的光通道中分别实现水汽拉曼信号（660nm）、氮气拉曼信号(606nm)和米瑞利信号(532nm)的窄带宽、高透过率严格滤波,并获得对杂散光的高抑制率。通过系统仿真,对各散射信号强度分布、水汽廓线和探测信噪比进行了数值仿真计算,验证了系统方案的可行性。     

入射光斑对双F-P标准具测风激光雷达的影响

在直接测风激光雷达的接收光路中安装CCD监视器，发现了入射到标准具上光斑的形状及其强度分布对标准具透过率曲线产生的影响。理论分析表明：入射光斑影响了双Fabry-Perot标准具的频谱间距和透过率曲线的形状，双边缘直接测风激光雷达由此将引入较大的系统误差。另外，由于强度分布的随机性，使系统的校准常数失去实际意义。通过在传导光纤上安装扰模器，并在反演风速时引入强度分布函数，可以减小光斑引起的误差。理论和实验表明，文中方法对直接探测测风激光雷达的精度有直接影响。     

啁啾型FBG温度测试系统的设计与实现

为了实现长距离、大范围的温度在线监测,设计了基于啁啾调制技术的光纤布拉格光栅温度监测系统。采用线性啁啾结构获得更大回波带宽,从而在单根光纤上集成更多的FBG探测器。计算了光栅尺寸、啁啾系数与光栅周期的函数关系,设计了调制方式及范围。实验由宽带光源、光纤及耦合器、FBG探测器及F-P解调仪组成,调制范围为1530.0~1550.0 nm。对15℃~55℃内温度进行测试,测温结果与WR-220型温度探测器作对比,结果显示,均匀型FBG与啁啾型FBG的温度检测结果基本一致,精度均满足设计要求。但采用啁啾型FBG的系统回波带宽大,可调制能力强,单根光纤上可载入FBG探测器数量是均匀型FBG系统的3倍以上。该结构在不增加硬件的基础上提高了系统的测温能力,具有很好的实用性。     

应用于EAST TS诊断的高能高频Nd:YAG激光器设计

设计了一台可输出1064 nm和532 nm激光脉冲的高能高频激光器,分别用于EAST汤姆逊散射诊断系统对芯部区域和边界区域等离子体电子温度和密度的诊断。该激光器采用电光调Q、卡塞格林非稳腔以及氙灯泵浦脉冲放大器实现频率为100 Hz的3.5 J@1064 nm激光输出。通过两级半导体侧泵浦模块对基频光能量放大,输出激光能量5.5 J@1 064 nm。通过理论计算和分析,确定泵浦模块的放大能力,并与实验结果进行对照。采用LBO晶体对基频光进行倍频,输出能量为3 J@532 nm的脉冲激光,倍频效率为55%。输出基频光光斑直径约为14.51 mm,脉冲宽度11.90 ns,倍频光光斑直径约为17.81 mm,脉冲宽度9.92 ns,激光脉冲呈超高斯平顶分布。重复频率从1~100 Hz可调,汤姆逊散射诊断的空间分辨率达10 ms,为芯部和边界输运垒等微观物理问题的研究提供了条件。     

双光栅纯转动拉曼测温激光雷达单色仪的光学设计

纯转动拉曼测温激光雷达中采用双光栅单色仪结构的优点是能提供优于10-7抑制比,能够很好地抑制瑞利-米氏散射,得到纯度很高的转动拉曼谱,并且能够提高光的透射率,具有长期稳定性,但双光栅单色仪的光路结构复杂一直是系统中的难点。首先对两种光栅光路结构进行讨论,得出光纤对称式光栅光路结构对于光栅效率的利用要优于光纤直线排列式光路结构,并通过对光栅公式和转动拉曼光谱公式结合,推导出光栅闪耀级次和衍射角关系方程。当光栅常数为600line/mm时,其第5级为最佳闪耀级次。     

光纤光栅滤波器在水下光通信系统中的应用

文章提出了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)的用于水下光通信系统接收机前站的滤光方案，并采用耦合模理论分析了FBG的传输特性，数值模拟了Bragg波长为532nm、窄带、高反射率的均匀周期高斯切趾FBG。     

环行腔掺铒光纤激光器调谐实验研究

本文自行设计环行腔可调谐光纤激光器,研究环行腔掺饵光纤激光器的调谐技术,采用应力可调谐光栅进行实验,解决了光纤激光器普遍存在的泵浦光反射形成的回波影响问题和窄线宽激光输出功率与激光模式的矛盾,讨论了输出耦合比对调谐特性的影响,实现了窄带滤波和宽带调谐的双重特性,实现了窄线宽可调谐激光输出。     

二维光编解码链路监测系统环境温度补偿算法研究

为解决二维光编解码接入网链路监测系统中反射光脉冲信号随温度变化的问题,提出了一种温度补偿算法。动态分析了检索脉冲光信号与二维光编码器互作用过程,推导得出编码光纤光栅中心波长温度漂移与反射光信号波形表达式,确定了补偿系数,给出其随温度变化的动态关系。搭建了实验系统,获得编码光纤光栅中心波长随温度变化系数为0.00932 nm/℃,通过温度补偿的系统可在-30~80℃环境正常工作,实现光纤链路状态精准判决。     

非线性光栅自调制光限幅器件研究

研制出一种三角槽型透明高分子聚合物光栅与该聚合物平板间填充有机非线性光学液体的夹层结构器件，具有非线性自调制光限幅功能。实验测得该器件对较弱的532nm波长的YAG倍频激光透过率大于60％。对较强激光透过率小于2％～3％。理论预期在激光波长400-700nm都有光限幅特性。且愈靠近532nm波长。激光限幅功能愈强。首次从实验上验证了该非线性光栅具有自适应宽带光限幅的功能。它不仅可以实现可调谐光限幅。且对所设计的激光波长，达到能量低于人眼安全阈值的高效激光防护成为可能。     

基于光纤光栅外腔半导体激光器增益饱和效应的全光波长转换实验研究

对基于光纤光栅外腔半导体激光器增益饱和效应的全光波长转换器的静态与动态特性进行了实验研究。为消除反馈光与转换信号输出光对光源的不利影响及提高光输入、输出信号耦合效率 ,提出了采用环形器进行信号耦合的光学结构。实验结果表明 ,转换器件具有高于 30nm的波长转换间隔 ,并可实现波长上、下转换。进行了15 5Mbit/s伪随机码调制信号的动态波长转换实验。     

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