基于光线追迹的闪光灯泵浦激光聚光腔的结构优化

聚光腔是灯泵固体激光的重要部件,主要作用是最大限度地将泵浦光能聚集到激光棒上的同时,尽可能使激光棒获得均匀的泵浦。为了实现灯泵固体激光器大能量输出,需考虑优化激光聚光腔,提高其泵浦效率。通过以蒙特卡洛离散方法为核心的光线追迹技术和合理的模型建立,以四灯为例,研究了对确定直径的激光棒,泵浦效率随构成腔体的椭圆长短轴比(a/b)的变化,以及同样的长短轴比下,泵浦效率随泵浦灯直径的变化。得到了在确定直径的激光棒和泵浦灯下,泵浦效率最高的椭圆长短轴比例。此外,研究了对确定直径的激光棒在不同直径泵浦灯的情况下,泵浦均匀性随椭圆长短轴比a/b的变化。     

单轴晶体上光线追迹的一套实用公式

本文在固定坐标系中推导了任一空间光线入射到单轴晶体上时折射光线方向矢的一般公式。     

高斯光束等价光线追迹的新方法

提出一种输入和输出空间参考平面取在物象共轭平面处的高斯光束等价光线追迹的新方法,不仅可处理实际复杂光学系统高斯光束的传输和变换,而且能方便地算出象散、场曲和畸变等象差。     

压缩器光栅不平行度对色散影响的光线追迹法分析

利用光线追迹方法,对啁啾脉冲激光放大系统中压缩器的色散量进行了计算,分析了压缩器中两光栅不平行度对各阶色散量产生的影响,为压缩器光栅对的调节提供了依据。     

飞秒激光放大系统中色散补偿的光线追迹精确算法

对用于计算CPA系统色散的光线追迹法数值算法中出现的误差进行了分析。提出了变步长算法,即在研究CPA系统中高阶色散的补偿问题时,通过选择合理的步长,以减小计算高阶色散的数据振荡,这样明显提高了系统总体色散补偿的计算精度,使计算结果的相对误差从11．8％减小到1．3％,从而使系统色散能够得到更好的补偿,使算法更加完善。通过解析求导结果的检验,证明最佳步长范围为4～8h。     

基于光线追迹法的非均匀温度场视觉测量畸变校正

为了解决视觉测量在非均匀折射率环境中应用时出现的成像畸变问题,建立了在非均匀温度场中形成的非均匀折射率场,研究了光线在该折射率场中的轨迹并根据轨迹偏差修正了图像畸变。利用背景纹影法重构了由非均匀温度场产生的空间折射率场,将空间点发出的光抽象为光线,根据龙格-库塔法修正非均匀折射率场中的光线轨迹并校正图像畸变。利用PnP(pespective-n-point)算法和校正前后图像中同一点的像素坐标解算该点的世界坐标。实验结果表明,该方法能有效降低测量误差,修正被测图像的畸变。     

利用光线追迹法计算展宽器结构参数对色散量的影响

利用光线追迹法，对一种常用光栅展宽器的色散量进行了计算，数值分析了展宽器各组成部分的相对位置发迹对二阶色散及产生像差的影响，为展宽器各元件的精确调节提供了依据。     

三维无规则不均匀折射率场光线追迹新方法

飞行器在大气层中高速飞行时,气动加热,光学窗口与外部气流相互作用形成了复杂的流场结构。其折射率分布无规则、不均匀,很难准确得到光线的传播路径。为此,提出三种四阶精度方法的光线追迹方案,通过与螺旋光线解析解结果进行对比,发现四阶Runge-Kutta方法光线追迹过程中最大相对误差为1.610-8,Richardson外推法为1.210-8,Adams线性多步法为1.210-11,确定Adams线性多步法是可用于光线追迹的高精度、高速的方法。基于多项式拟合的任意点插值方法可以获得比距离反比法更高的折射率场插值精度。并将该方法运用在导弹的光学窗口附近流场引起的波前畸变的计算,对计算结果进行了对比,结果表明Adams线性多步法以Runge-Kutta方法起步,但Admas方法没有忽略前一步的计算结果,不会带来误差的累积,所以结果更接近真实解,而Richardson外推方法算出的光程差大小与其他两种方法明显不同。     

基于实际光线追迹的共形光学系统设计

提出了基于实际光线追迹的共形光学系统设计方法,获得了较好的设计结果.共形光学系统具有偏心、倾斜特性,需用两个视场参量来描述--关联视场和瞬时视场.随着关联视场的变化,系统的球差与各类轴外像差呈现出动态变化特性.共形光学系统中,像散和彗差是最重要的两种像差,强烈地影响系统成像质量.与一般的光学系统相比,共形光学系统光学设计难度进一步提高.已发表的有关共形光学系统设计的文章都基于泽尼克多项式像差理论,限制了系统像差的进一步详细分析.为此,通过建立实际光线追迹像差模型有效克服了上述难点.实例结果表明,该方法能有效指导共形光学系统设计.最后在整个关联视场内得到较好的成像质量.     

4 K低温辐射计的吸收腔吸收率测试技术研究

为了实现低温辐射计工作温度4 K条件下吸收腔吸收率的测量,研究了变温条件下吸收腔吸收率的测量方法。通过在低温辐射计布儒斯特窗口前设计反射监测组件,并控制低温辐射计工作在10?6 Pa的真空环境下,调节低温辐射计制冷温度,分别测量室温条件和不同温度条件下低温辐射计吸收腔在632.8 nm处的反射信号,结合利用传统积分球法在室温条件下低温辐射计吸收腔632.8 nm处反射率的测量结果,通过计算可精确得到不同温度条件下低温辐射计吸收腔的吸收率。实验测量吸收腔在室温条件和4 K温度条件下的吸收率,分别为0.99976和0.99971,对4 K条件下低温辐射计吸收腔吸收率的测量不确定度进行评定,得到的结果显示其相对扩展不确定度为0.005%（k=2）。     

基于低温辐射计的陷阱探测器红外绝对光功率响应度的定标

采用低温辐射计在1064nm波长对两个硅陷阱探测器（trap 0#和trap B）进行绝对光功率响应度定标。描述了定标方法、实验装置和数据的分析方法,提出了低温辐射计窗口的精确复位和窗口透过率的测量方案,测量得到的透过率达到0.999以上。结果表明,两个探测器绝对响应度定标的合成不确定度分别为1.457×10-4和1.458×10-4,定标结果的重复性分别达到了0.014％和0.008％。分析了测量时各项不确定度来源,对光功率响应度定标不确定度进行了评估。最后对0＃硅陷阱探测器在1064nm波长处光功率响应度的温度稳定性进行了测试研究。     

Frequency stabilization in FBG external cavity semiconductor laser based on acetylene absorption method

A frequency-stabilized 1.53 μm FBG external-cavity semiconductor laser by using acetylene absorption is presented and its basic principles are introduced. Graded refractive index fiber and pigtailed fiber are used in the absorption air chamber to enhance the coupling stability. The impact of the background power is eliminated by using the third-harmonic mode-locking technique. A lock-in amplifier is utilized to ensure that the output laser wavelength is locked at the C2H2 absorption line of 1530.37 nm. The frequency stability reaches 10^-8 within 24 h.     

Frequency stabilization in FBG external cavity semiconductor laser based on acetylene absorption method

A frequency-stabilized 1.53 μm FBG external-cavity semiconductor laser by using acetylene absorption is presented and its basic principles are introduced. Graded refractive index fiber and pigtailed fiber are used in the absorption air chamber to enhance the coupling stability. The impact of the background power is eliminated by using the third-harmonic mode-locking technique. A lock-in amplifier is utilized to ensure that the output laser wavelength is locked at the C2H2 absorption line of 1530.37 nm. The frequency stability reaches 10-8 within 24 h.     

低温绝对辐射计不同定标光路的比对实验

低温辐射计是当前光辐射功率计量的最高标准,其测量精度的评价可以通过不同低温辐射计之间的比对来完成。开展了不同定标光路的低温辐射计比对实验。实验采用中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的陷阱探测器作为传递标准,在633 nm波段对传递探测器的光谱响应度进行了绝对标定。比对结果表明,传递探测器的绝对光谱响应度的测量一致性为3.610-3,定标总合成不确定度为3.310-4(k=1),实验结果验证了两家单位低温绝对辐射计定标系统的可靠性和高精度。     

NH3的腔增强吸收光谱检测技术

为了研究腔增强吸收光谱技术是否能用于NH₃气体浓度的检测,采用扫描腔长的方法,以分布反馈式可调谐半导体激光器作光源,用两块高反射率平凹透镜（反射率约为99.9%,曲率半径约为1m）组成的光学谐振腔作吸收池,搭建腔增强吸收光谱装置。在34cm长的吸收池内测量NH₃气体分子在1.5μm附近的弱吸收谱线;通过不断增加NH₃气体浓度来改变腔内压强,每充入一次NH₃都测量并保存一次吸收光谱。通过数据处理,分析谱线宽度随气体浓度变化的关系以及吸收度随腔内压强增加的变化情况,发现都能呈现出良好的线性关系,并对残差噪声进行统计分析,得到了3.3×10-8cm-1的最小探测灵敏度。结果表明,高探测灵敏度的腔增强吸收光谱技术,可以实现NH₃气体浓度的测量,并能得到较好的探测精度。     

A ray-tracing method based on the triangular grid approach andapplication to propagation prediction in urban environments

This paper presents a fast ray-tracing procedure based on triangular division of the propagation environments. Unlike other accelerating methods that are mostly based on pre-establishment of visibility, this method does not require knowledge of the position information of the base station and/or receiving antennas and is thus more general. Although the triangulation is done in a two-dimensional (2-D) plane, this method is suitable for three-dimensional (3-D) simulations when a proper data structure for buildings is constructed. Validation results show good agreement between calculated and measured data from the European COST 231 project. The improvement in the computational efficiency is clearly demonstrated in examples     

基于参数化控制的亚毫米波辐射计天线容差分析

基于Matlab参数化控制GRASP9天线仿真模型,通过Matlab程序调用GRASP9仿真界面,批量化计算毫米波、亚毫米波辐射计天线电性能。以FY4系统方案验证样机准光馈电网络椭球镜的安装误差为例,分析椭球镜在球坐标系中的位移和转角偏差对天线电性能影响。当位移和角度偏差分别控制在0.5 mm和0.4°以内,主波束效率可达到指标要求的90%以上。理论计算结果与测试结果吻合良好,验证了参数化控制法对多变量容差分析的有效性,为后续工程装配提供技术基础。     

Deterministic angle clustering in rectangular buildings based on ray-tracing

Three-dimensional (3-D) ray-tracing and analysis is used to characterize the path angles in a rectangular building in which all interior walls are parallel or perpendicular to the exterior walls. Path angles are recorded for 500 random transmitter and receiver locations, maintaining constant range throughout a particular building model. The main contribution of this paper is the observation that when all of the path angles from all 500 trials are measured relative to one building wall and collectively analyzed in a signal strength distribution, clustering is clearly apparent. While this angle clustering in the ensemble of channels is not the same as clustering in a single channel trial, it may partially account for the clusters observed in single trials. As a practical matter, these results may impact the use and placement of directional antennas for wireless LANs in buildings of this type.     

基于Bose-Einstein凝聚腔光力学系统的可调控相干完美吸收

研究了基于Bose-Einstein凝聚(BEC)腔光力学系统中的相干完美吸收现象,阐述了诱导相干完美吸收产生的条件,分析了强耦合BEC光力学腔发生相干完美吸收时的能量转换.通过控制泵浦场功率可以有效调制相干完美吸收.当相干完美吸收产生时,输入探测场能量完全转化为机械振子和腔场能量而不产生任何透射和反射,并且通过改变腔的品质因子可实现能量萃取.强耦合BEC腔光力学系统为基于相干完美吸收的换能器、调制器及光开关等潜在应用提供了理论基础.