光纤技术在光路自动准直中的应用

光路自动准直系统用于惯性约束聚变的高功率激光装置的光束精密自动准直调整.针对神光Ⅲ原型装置四程放大光路对自动准直系统的调整时间和调整精度的要求,考虑到光路总体结构的要求,利用光纤像传递和光纤耦合技术,结合近场远场像传递原理,使用插入式光纤点光源实现了后腔镜的准直调整,充分考虑了四程放大的光路像传递特点,设计出一套优化合理的四程放大准直方案,并且在神光Ⅲ原型装置模拟实验平台上得到了充分的验证和考核.实验结果表明光路自动准直系统能够在15 min之内顺利完成系统的光路调整,光束近场调整精度优于近场光斑的±0.5%,光束远场调整精度≤±0.3",满足了原型装置总体的要求.     

基于同轴照明和光栅取样的激光束准直远场监测系统

利用高功率激光装置空间滤波器小孔成像和取样光栅的衍射,结合插入的负透镜发散激光来同轴照明小孔,设计出一套新型光路远场监测方案.该方案利用光栅衍射可以灵活取样激光远场,并且在实验平台上进行了实验验证.实验结果表明,其远场监测系统的准直精度达到小孔直径的1.42%,能够满足准直系统远场调整精度(小于小孔直径5%)的要求.     

高功率准分子激光参数测量研究

介绍了对高功率XeCl准分子激光MOPA系统中前三台激光器的输出激光进行的参数测量.实验分别对MOPA系统的前端输出种子光及其经过一级、二级、三级放大后所得激光进行了测量,研究包括采用哈特曼波前传感器对激光近场波前的测量和采用激光光束分析仪对激光远场光强的测量两个方面,分别得出激光的近场相位均方根误差和不同光斑尺寸定义下的远场发散角等实验测量结果,将实验结果与系统设计值进行比较分析,从而对激光器系统输出激光作出评价.     

基于以太网的自动准直系统研究

自动准直系统是确保高功率激光驱动器高效、安全、可靠运行的重要子系统之一,同时也是保证光束质量的主要手段。通过构建以太局域网并使用高性能的数字网络CCD来完成图像的获取和传输,直接将光束图像转换成数字信号并通过以太网输出,实现了光束近远场图像的网络化处理;引入高斯平滑滤波算法来提高光束近远场图像处理的误差计算精度,同时将模糊算法运用到步进电机调整过程中,使得系统准直时间大幅缩短。通过在神光II第九路装置上进行实验验证,表明系统能在5min之内顺利完成全部调整工作,其近远场图像获取和处理精度均可达1pixel。     

光栅取样远场监测系统精度分析

光束自动准直系统是高功率激光惯性约束聚变装置的重要子系统,激光远场监测技术是光束自动准直系统的关键技术,基于光栅取样的新型远场监测系统可以利用光栅衍射灵活取样激光远场.对影响光栅取样系统远场监测精度的主要因素进行了分析,结果表明,系统误差为小孔直径的7.49%,包括投影误差和斜成像误差;随机误差小于小孔直径的1%,包括物像关系误差和衍射光耦合误差.     

拍瓦装置皮秒测量系统立体空间激光光路的快速自动准直

拍瓦激光参数诊断过程中,为满足单脉冲信噪比测量仪中周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体对光束偏振态的要求,皮秒测量平台的光路排布中采用了立体空间分布结构。针对单脉冲信噪比测量仪快速精确的在线准直要求,推导出马达调整的4×4维线性矩阵的数学模型算法,实现皮秒测量平台立体空间激光光路的快速精确准直。实验结果表明,该准直算法能够保证马达调整3次以下,准直时间2 min以内,实现近场准直精度小于0.16 mm,远场调整精度小于0.17 mrad。满足信噪比测量对准直精度和准直时间的要求,使得信噪比信号获取成功率由10%提升到90%,保障拍瓦激光信噪比实验结果满足总体要求(大于106)。     

定向棱镜谐振腔准分子激光器

在普通平－平腔XeCl准分子激光器中,用定向棱镜替代平面全反射镜,构成定向棱镜谐振胶准分子激光器。该激光器获得了高抗失调能力和在近场具有相干平顶式的均匀光场、远场具有能量集中的光场分布,压缩了光束发散角,改善和提高了光束质量。提供了一种实用新型的准分子激光器技术。     

复合式激光远场光斑分布定量测量技术研究

激光远场光斑分布测量是研究高功率激光大气传输效应的有效方法,同时也是评估强激光武器作战效能的重要手段。设计了一种基于摄像和阵列探测相结合的复合测量方法,实现了强激光远场光斑时空分布的定量测量。该系统可用于波长为(1064±10)nm、功率密度动态范围为2～5000 W/cm2激光的远场光斑分布测量。     

高功率激光空化气泡声辐射特性研究

研究了水下高功率激光击穿水介质形成单空泡及空泡辐射声波的特性,推导了激光空泡辐射声波信号在击穿近场、远场的特性模型.利用调Q Nd:YAG激光聚焦水下击穿水介质产生空泡,采用高速摄像机、高频测量水听器对激光空泡的生长过程及辐射的声波信号进行了测量.实验结果与理论模型吻合,可为相关研究提供参考.     

减小平面近场测量中多次反射误差的新方法

本文给出了用平面近场技术测量超低副瓣天线时,平面近场测量总误差与天线远场方向图副瓣电平的误差方程,并进行了计算机仿真;提出了减小平面近场测量中探头天线与待测天线间多次反射误差和微波暗室电特性误差对超低副瓣天线所引入的测量误差的"自校准法",实验结果说明该方法是解决平面近场测量中多次反射和微波暗室电特性误差较为理想的方法.     

大功率TEA CO2 激光远场发散角评估方法

在大功率激光远距离定向传输中,远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点,常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题,提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先,从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角,分析了影响激光束发散角的主要因素;然后,采用光斑烧蚀法试验测量近场(20 m)光斑数据,基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小,从而推导出激光束远场发散角;最后,对比分析了以上两种方法的计算结果,讨论了结果存在偏差的原因。结果表明,近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。     

高功率激光准直聚焦系统

为了利用现有方瓦级CO_2激光器获得尽可能高的功率密度,以便进行强激光与物质相互作用研究以及远场试验,我们立足于国内的红外材料,研制了一套高功率强激光准直聚焦系统,已在实验室运转使用并对外开放。     

球面近远场和远近场变换算法

天线的远场对于研究天线辐射特性具有重大意义，近场测量技术因其能够避免直接测量远场而得到广泛应用，该技术采用近远场变换获得远场，然而，检验该远场的准确性也是很重要的.为了解决此类问题，文中以球面近场测量为例，提供了一种解决方案.该方案主要探讨了球面波模式展开理论，该理论是实现球面近远场变换算法的关键，其将待测天线在空间建立的场展开成球面波函数之和，天线的加权系数既包含了远场信息也包含了近场信息.因此，不仅能够利用近场测量信息获得远场辐射特性，同样能够利用远场辐射特性反推得到近场处电场，这样就能检验由近远场变换算法得到的远场是否准确.文中首先推算得到了近远场变换公式，随后进一步推算得到远近场变换的公式，最后将本文算法计算结果与FEKO测量结果进行比较，二者吻合良好，从而证实了本文两种算法的有效性.     

时域近场测量综述

介绍了时域近场测量的基本原理以及时域近远场变换的两种计算方案.比较了时域近场测量和频域近场测量,得到时域近场测量的优缺点及适用范围.并对直接时域计算方案和间接频域计算方案两种计算方法进行简单的比较,得到了两种计算方法各自的优缺点.     

5G有源天线系统的OTA设计与实现

Massive MIMO技术已经在5G移动通信网络中被广泛地采用,从产品测试角度来看,鉴于5G有源天线系统设备中的天线被集成到射频RRU单元上,以及5G引入了更高的FR2频段,传统4G基站射频指标测试所采用的传导测试方法,在5G中将被OTA(空中接口)方式取替,OTA测试也成为FR1频段产品的推荐测试用例,FR2频段产品的默认测试用例。目前基于测试距离的不同可分为三大类OTA测试方案,远场、紧缩场、近场,远场是最直接的方案,但是路径损耗比较大,可用于测量功率水平比较高的指标;紧缩场是将电磁球面波在近距离转换为平面波后进行测量的一种方案;近场测试方案虽然路径损耗比远场低得多,宽带信号模式下相位的校准以及获得参考相位是难点,射频辐射测试结果与期望值略也有差异。本文拟在通过分析近场OTA测量系统稳定性的关键因素,提供一种通过自校准解决参考相位的问题并以较低成本、高效地进行多探头近场OTA测试方案,并对实际测试业务信号模式下的测量结果进行对比分析。     

远近场自适应激光光斑能量中心检测北大核心CSCD

某激光武器在研制过程中,需要对激光光斑进行中心校准,确保发射能量稳定汇聚于目标处。现有光斑中心检测算法无法满足远场不规则光斑的能量中心校准,为此本文提出了一种基于自适应disk掩膜的激光光斑中心检测算法,首先通过双边滤波、伽马拉伸等操作实现图像增强,然后用大津法进行图像阈值分割,通过二值化的面积确定掩膜半径,用掩膜与光斑原图做匹配从而进行光斑中心检测,确定能量中心。该方法在近场光斑与远场不规则光斑的中心检测均具有优异鲁棒性和准确性,可实现近场光斑±1个像素内误差,在0.8μm之内,远场±2个像素内,在1.6μm之内,以此用于激光类产品的实际工程设计,提升同类产品的性能。     

高能CO2激光器光束质量测量实验研究

高能激光已广泛应用于科研、工业和军事领域。由于大气对激光传输过程会产生影响,测量研究高功率激光器远场光束质量一直是困扰研究者的一项难题。提出了一种远场光束质量相对测量和绝对测量相结合的测试方法,并测量分析了高功率1．4kw脉冲TEACO2激光器在500m处的光强分布。实验结果表明,高功率C02激光器光束经500In传输后达到靶面位置的最大功率密度为1．65W／cm2,光束的横向远场发散角达到0．96mrad。实验结果为提高系统的优化设计提供了重要的参考依据。     

非链式DF激光器非稳腔数值仿真与实验

基于描述光束传播的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论,运用快速傅里叶变换算法仿真了非稳腔DF激光的三维近场、远场光强分布。仿真结果显示:非稳腔的近场输出光斑形状为中心对称的空心圆环,远场输出光斑为具有中心亮斑的多级衍射环;大M数将导致近场光斑能量集中,大的Neq值将引起远场发散角变大。运用该算法研究了腔镜倾斜对近场光强分布的影响:腔镜倾斜使光束近场分布变差,倾斜角越大,光强的非对称分布越明显。开展了非链式DF激光器非稳腔实验研究,实验得到的近场、远场光强分布及腔镜失调下的近场光斑变化情况与数值模拟结果一致,实验测量的远场发散角为1.2 mrad。文中的仿真结果可为DF激光器腔镜失调诊断及调节提供依据。     

激光光谱合成技术研究进展与展望（特邀）

光谱合成技术利用色散元件或双色元件,使多路不同波长的激光在近场和远场同时实现空间重叠,合成至单一孔径输出的激光,是实现高功率、高光束质量激光输出的技术途径之一,受到了研究者的极大关注。特别在近十年来,随着光栅等合成元件性能的不断改善,高功率高光束质量的光谱合成激光输出在工业、国防等领域发挥了重要作用,有着广泛的应用前景。文中对半导体激光器和光纤激光器两种典型激光工作介质进行归类,梳理并回顾了光谱合成技术的发展历程,综述了当前高功率光谱合成技术的主流方案与国内外研究现状。此外,结合笔者所在课题组在光谱合成方面的研究工作,展示了光谱合成技术近年的发展态势,并展望了光谱合成技术的未来发展方向。     

数字多波束天线的校准测试方法

针对数字多波束天线所特有的多波束性能测试和精密测距性能校准的需求,结合数字多波束天线的工作原理,分析比较了基于远场和近场的2种校准和测试方法,提出了数字多波束天线波束指向、波束电平和相位中心的修正方法,并结合实际系统完成了试验验证。试验结果表明:该测试和校准方法可高效率完成数字多波束天线系统的校准和测试工作,提高系统的测量精度,具有很强的实用价值。