基于神光III主机的背向散射光诊断技术

开发了神光III主机装置上的背向散射诊断技术。采用非球面金属镜配空间滤波器的方式将倍频晶体返回的杂散光滤除,采用矩形小孔将楔形打靶透镜带来的宽光谱色散影响消除,采用大光斑配白光标定的方式获得整个背向散射系统的谱透射率,最终可实现定量化的背向散射光能量诊断。通过适当的光路设计,可实现背向散射受激布里渊散射光(SBS)和受激拉曼散射光(SRS)的光谱和时间过程测量。通过已有的实验数据可知,该技术已经初步具备了这方面的能力。     

用于BOTDR的双通道可调M-Z干涉仪研究

针对BOTDR分布式光纤传感技术中背向散射光中布里渊散射信号光的分离提取问题,设计了一种高消光比双通道可调M-Z干涉仪,该干涉仪由两个3 dB耦合器、电动光纤延迟线、偏振控制器及光隔离器构成。使用C波段宽带光源(ASE)对M-Z干涉仪性能进行了检测。并将脉宽为100 ns,重复频率为20 kHz的脉冲光入射到长度为5 km的普通单模光纤中,将其产生的背向散射光经过M-Z干涉仪滤波后,通过光谱仪检测其输出的光谱信号。实验结果表明该干涉仪能够实现大范围高精度可调节滤波功能,对瑞利散射光的抑制超过20 dB,可以有效地将背向散射光中的布里渊散射光信号分离提取出来。     

光纤拉曼散射效应及其应用研究

测量了G652光纤和DCF光纤的背向散射光谱，在斯托克斯区观察到一级和二级拉曼背向散射光谱，在反斯托克区观察到一级拉曼背向散射光谱，首次在斯托克斯区和反斯托克区观察到ZX背向散光谱。光纤背向散射效率直接应用于光纤拉曼放大器和分布式光纤拉曼温度传感器系统。讨论了分布式光纤拉曼温度传感器系统工作原理、结构，给出了实验结果。     

光纤环形腔光反馈被动相干合成系统分析

研究了光纤环形腔光反馈系统的锁相原理和锁相过程,分析了聚焦透镜焦距对锁相速度的影响;基于宽谱放大以及受激布里渊散射效应的数值模型,评估了系统各路之间光程的方差大小、动态相位噪声频率大小,受激布里渊散射效应对系统的选频过程及其稳定性的影响。计算结果表明,选择合适的聚焦透镜焦距,可以获得较快的锁相速度;相位噪声会引起光束质量退化,严重时导致跳模现象发生;高功率输出时,光纤中的受激布里渊散射效应会限制各频率下的峰值强度,并导致更多波长激射以及光束质量退化。理论证明了环形腔光反馈会提供一种模式线宽随反馈次数增加而不断压窄的机制,SBS 效应的存在则提供了一种谱线展宽机制,使得实际模式线宽稳定在均衡值。     

舰船尾流模拟气泡的脉冲激光后向散射特性研究

在Mie散射理论的基础上分析了尾流气泡的光散射特性，并用脉冲激光对尾流模拟气泡幕的后向散射光信号进行了实验研究，对气泡幕位置、接收发射轴夹角和多次散射等影响因素进行了详细讨论。实验发现：气泡幕存在条件下后向散射光信号得到明显增强，且信号的峰值强度随气泡幕位置等参量的变化而改变：当气泡幕位置较近时，多次散射光信号将对接收信号产生明显的作用，是影响接收信号强度的一个重要因素。     

基于半导体光放大器环形腔的全光频率倍增/恢复

提出了一种利用具有干涉作用的半导体光放大器(SOA)环形腔实现全光频率倍增/恢复的新方法,该方法同相关实验比较具有显著优势.数值结果表明:2.5 GHz的光脉冲序列注入SOA环形腔,可输出重复频率为5～25 GHz振幅均衡、与入射光偏振无关的光脉冲序列;SOA的偏置电流对SOA环形腔输出脉冲振幅的均衡度影响显著,对于基频为2.5 GHz和10 GHz输入脉冲序列分别存在一最佳的SOA偏置电流值;从传输速率为2.5 Gbit/s的27-1伪随机信号中可提取出重复频率为分别2.5 GHz和5 GHz的幅度均衡的时钟信号.     

OTDR使用中应注意的问题

１ＯＴＤＲ的工作原理由于光纤材料的密度、掺杂成分的不均匀 ,以及光纤本身的缺陷 ,当光脉冲在光纤中传输时 ,沿光纤长度上的每一点均会引起瑞利散射 ,其方向是四面八方的 ,在散射中总有一部分能够进入光纤的数值孔径角 ,沿光纤轴向反方向传输回输入端。同时瑞利散射光的波长与入射光的波长相同 ,光功率与散射点的入射光功率成正比 ,因此通过测量沿光纤轴向返回的背向瑞利散射光功率 ,就可以获得光沿光纤传输的损耗信息 ,从而得知光纤的衰减情况。背向散射法便是基于这个原理 ,即将大功率的窄脉冲光注入到待测光纤中 ,然后在注入端检测沿光…     

抽运光参数对玻璃中受激布里渊散射光能量提取效率的影响

以K9玻璃与熔石英玻璃代替传统的液体或气体作为纵向受激布里渊散射(LSBS)样品,波长1.064μm,脉宽可调的单纵模电光调Q激光器作抽运光,实验探讨了抽运光脉宽、抽运光能量大小、抽运光脉冲重复频率对纵向受激布里渊散射脉宽压缩效应和散射光能量提取效率的影响。实验结果表明,抽运激光脉冲重复频率高,则散射光能量提取效率高;脉宽小,则散射光能量提取效率高;焦距为500 mm时300 mm长的K9玻璃中得到的散射光能量提取效率比170 mm长的熔石英玻璃高;在抽运光脉冲重复频率为1 Hz时,二者都可以得到90%的散射光能量提取效率。探讨了抽运光为多纵模时,固体介质中受激布里渊散射与光学击穿相伴发生的三种不同情况。实验证明,多纵模情况下固体光学介质中同样可以发生受激布里渊散射;多纵模情况下不一定会对固体光学介质产生光学击穿破坏;光学击穿破坏的发生也不一定会阻止受激布里渊散射的发生,二者可以相伴发生。     

G652光纤中背向自发拉曼散射的增益特性

讨论了背向自发Raman散射脉冲在自生分布式G652光纤Raman放大器中传输的增益特性。实验发现，反Stokes Raman（ASR）和Stokes Raman（SR）自生分布式脉冲光纤Raman放大器的阈值抽运峰值功率是25．4W和18．0W。在入射功率为52W时，ASR和SR的增益分别为5．0dB和8．6dB。放大的反Stokes和Stokes背向自发Raman散射光时域反射（OTDR）曲线上放大的阈值时间位置随激发功率的增高前移并具有规律性。放大的ASR背向自发散射强度受光纤温度调制，具有温度效应，已应用于远程分布光纤Raman温度传感器系统。     

基于Mie散射理论对氧化锡光子晶体光散射强度的研究

基于Mie散射理论和低浓度近似,对空气作为散射体,氧化锡作为周围介质的反蛋白石光子晶体的光散射强度进行了理论计算,并细致分析了各种影响因素。结果表明,前向散射和背向散射的变化规律基本一致,散射强度随散射体半径增大和入射波长减小而增大,但前向散射强度比背向散射强度大得多。该实验可为该材料的实验制备及应用等方面提供理论参考。     

Dependence of sum frequency field intensity on group velocitymismatches

The sum frequency field generated by mixing phase matched optical pulses in a nonlinear crystal is studied. Specifically, the field intensity at full width half maximum (FWHM) considered as a function of the group velocity mismatch between incident pulses, and also as a function of the mismatch between the generated pulse and one of the incident pulses, is analyzed by numerical and asymptotic techniques. Both mismatch types are allowed to be arbitrary. The FWHM intensity of the sum frequency field refers here to a cross-correlation measurement between pulses separated by a time delay to τ, where the FWHM is formed with respect to varying τ, rather than to the time-based FWHM of a sum-frequency-generated light pulse for a fixed τ. It is shown that the FWHM is fundamentally insensitive to mismatch between generated and incident fields, thus providing a justification for ignoring this term. On the other hand, the FWHM is shown to vary asymptotically linearly (coefficient ≈1) with the mismatch between incident pulses     

基于OpenFilters的He-Ne气体辉光压制窄带滤光片

为了解决环形激光器小型化中信号信噪比随腔长减小而下降的问题,设计了一种能压制He-Ne气体放电辉光而不影响激光光强的窄带滤光片。基于OpenFilters软件独有的step自动膜系设计方法,以初始膜层厚度为线索,设计了符合光谱特性实际应用要求的多个非规整膜系结构。考虑膜层数、膜层厚度及应力等因素,选出便于石英晶振监控的窄带滤光片。在45的入射角下,该滤光片对s偏振光在632.8nm处的峰值透射率为99.9%,通带半峰值全宽为5.2nm,截止带平均透射率为1.35%。结果表明,该滤光片可有效压制He-Ne气体的放电辉光,提高小型环形激光器的信噪比。     

差动激光多普勒尾流探测方法

利用差动激光多普勒探测法,研究了能够探测尾流中气泡和湍流分布的光学诊断方法。实验研究了模拟尾流场中运动气泡及湍流的后向散射光的多普勒频移谱特性。采用差动相干探测法获得了模拟尾流场的流速,测量值与实际流速误差小于1.5%。实验结果表明:相干光束夹角对散射光频移量具有明显影响,散射光多普勒频移量随两相干光夹角的增大而增大;气泡运动引起的频移主要集中在低频端,为一宽带谱;并且频移谱的宽度随气泡数密度的增大而增大。频谱的这一特征可作为舰船尾流识别的判据之一。     

紫外激光探测灰霾的后向散射回波特性

为了研究紫外激光探测灰霾的后向散射特性,基于Mie散射理论和蒙特卡洛方法,建立紫外激光后向散射探测灰霾模型,仿真灰霾条件下紫外激光的后向散射过程,并分析了不同宽度紫外激光脉冲后向散射回波的峰值功率、波峰时延和半高全宽等特征。研究结果表明,在一定灰霾浓度范围内,灰霾浓度越低,发射脉冲越窄时,激光回波畸变越明显,当发射脉冲宽度大于10 ns,激光回波近似呈高斯分布;在发射脉冲宽度相同的条件下,激光回波峰值功率和回波波峰时延随着灰霾浓度的增大而增大,回波半高全宽随着灰霾浓度的增大而减小,当发射脉冲宽度大于32 ns,回波峰值功率趋于平缓。文中研究成果可为紫外激光探测灰霾浓度及分析灰霾后向散射激光回波特性提供依据。     

平面波导TE0模的远场衍射特性分析

由瑞利-索末菲标量衍射积分公式出发,推导出中央亮条纹强度半最大值处的空间频率满足的方程;阐明了平面波导TE0模远射远场的中央亮条纹强度半最大值空间频率宽度随波导归一化频率增大而增大;给出中央亮条纹强度半最大值全角宽度与工作波长、波导宽度和波导相对折射率关系曲线。     

端面抽运高功率连续单频1064 nm Nd:YVO4环行腔激光器

采用808 nm光纤耦合输出激光二极管(FCLD)单端端面抽运Nd∶YVO4晶体,采用四镜折叠环行腔,在腔内插入法拉第旋光器和半波片实现激光的单向运转以抑制空间烧孔效应,并在腔内加入标准具,最终实现连续单频1064 nm激光输出.在24.6 W抽运功率时,最高输出功率达到9 W,光-光转换效率为36.6%,M2因子约为1.14,频率漂移约200 MHz.     

尺寸分布优化的硅基纳米材料的制备及其光致发光特性研究

纳米材料尺度的均匀性分布是保证纳米硅材料高效发光的基本要求,而纳米材料尺度分布的不均匀性却是纳米硅材料制备过程中的常见问题.在激光烧蚀沉积纳米硅材料中采用挡板技术和背散射技术提高了材料的尺度分布的均匀性,减少了材料表面的大颗粒,有效改善了材料的发光特性,使材料的发光强度提高,且发光峰的半峰宽变窄.     

1342nm激光通过周期极化钽酸锂产生红光和蓝光的研究

激光二极管(LD)抽运Nd：YVO4激光器通过周期极化的钽酸锂(PPLT)，利用非线性光学中倍频与和频的原理。为了实现准相位匹配调控周期极化钽酸锂的温度，当基频光与倍频光满足准相位匹配时，产生671nm的红光和447nm的蓝光。当1342nm基波的平均功率为1．58W时，输出671nm红光的最大平均功率为750mW，对应的匹配温度为92．3℃。半峰全宽温度值为3．2℃，输出447nm蓝光的最大平均功率为128mW。对应的匹配温度为83．2℃。半峰全宽温度值为4．5℃，其红光的光-光转换效率为47．4％，蓝光转换效率为8．1％。经过一段时间观察，由周期极化的钽酸锂倍频与和频得到的红光和蓝光输出稳定，结果显示周期极化的钽酸锂可以构造全固态红光和蓝光双波长激光器。     

距离选通成像系统关键性能的实验

对距离选通成像系统的关键性能参数选通长度进行了理论分析和实验研究。运用激光波长为532 nm、脉冲宽度为20 ns的Nd:YAG激光器和ICCD系统搭建了一套距离选通成像系统。在改变选通信号宽度和选通延迟时间条件下,通过对视场内不同距离处的白板成像,获得了一系列实验图像。基于白板图像强度分析了选通信号宽度和延迟时间对距离选通成像系统选通长度的影响,并测量了当选通信号宽度为10 ns时,该选通成像系统的有效选通时间长度为35 ns。     

近180°水中悬浮颗粒物体积散射函数测量

针对目前国内外现有的体积散射函数测量系统在后向小角度散射测量上的局限性,提出了基于离轴反射式光路的近180°水体体积散射函数测量方法并研发了实验室测量系统。系统采用离轴抛物面反射镜,将后向小角度散射光和入射激光分离,减小了系统后向小角度散射的测量盲区,而且能够获取全方位角的后向小角度散射光信号。选取聚苯乙烯标准粒子用于测量系统定标检验,结果表明,定标后的测量系统能够完成在173°~179.4°范围内水中悬浮颗粒物体积散射函数的测量,角度分辨率为0.01°。经对比分析,体积散射函数测量值与米散射理论值具有很好的一致性,验证了系统测量近180°水体体积散射函数的准确性和可行性。