瑞利激光雷达超窄带滤光器参数设计及性能分析

白天太阳光背景辐射严重降低雷达系统的信噪比,从而影响探测高度和精度。为实现对中高层大气相关参数的全天时测量,利用Nd:YAG激光器产生的355 nm激光束作为光源,研制了用于全天时的超窄带滤光器。从原理出发,利用FP标准具透过率曲线单支具有超窄带宽的特性,设计了一款用于进行白天观测的级联式超窄带滤光器;给出了该超窄带滤光器近似透过率函数形式,定义了滤光器性能评价函数,给出了设计方法;通过定义的滤光器性能评价函数,对超窄带滤光器主要参数进行了优化设计,给出了各光学部件具体参数,给出了超窄带滤光器的信噪比提升效果;最后,通过具体实验对各标准具及级联状态下的系统透过率进行了标定,经曲线拟合表现出较好的一致性。     

瑞利-米散射激光雷达的系统设计及仿真计算

设计了一台探测大气温度和气溶胶的瑞利-米散射激光雷达。对不同参数的大气后向散射回波信号信噪比进行了数值仿真计算,讨论了激光脉冲能量、发射的激光脉冲数、望远镜口径、空间分辨距离以及窄带干涉滤光片的带宽和透过率对激光雷达回波信号信噪比的影响。根据仿真结果,设计的激光雷达在白天时,气溶胶的米散射信号采用1 nm带宽的干涉滤光片时探测高度最高,达到了10.6 km;中层大气温度的瑞利散射信号采用0.2 nm带宽的干涉滤光片时探测高度最高,达到了47.1 km。     

波长分隔滤光玻璃

本文研制了一种波长分隔滤光玻璃,在激光中心波长(1053nm)透过率<1％,而在可见光波长(530nm)处的透过率>87％。     

星载多普勒测风激光雷达小型化光学接收机

星载测风激光雷达可以提供全球范围高实时性、高精度、高分辨率的大气风场信息,已经被认为是解决全球化风场观测的最佳手段。我国也在积极开展星载多普勒测风激光雷达相关研究工作。针对400 km高度的卫星轨道,设计并研制了一套多普勒直接测风激光雷达光学接收机,结合双边缘检测原理和星载平台相关技术参数,对Fabry-Perot标准具的主要参数进行设计。为了满足星载平台对稳定性和小型化的需求,接收机中主要光学元件之间采用分子粘接方式紧密连接。整个光学接收机集成在450 mm×300 mm×80 mm密闭箱体中,内部光学元件采用倒插方式沉入接收机壳体的凹槽内,整体结构稳定可靠,集成度高。通过改变激光波长的方式扫描Fabry-Perot标准具的透过率曲线,对所研制的接收机进行了性能测试。并由透过率曲线的实测参数对接收机的测风性能进行仿真,仿真结果显示在30 km处的最大风速误差为2.94 m/s。并进一步分析了接收机带宽增宽对测风精度的影响,分析结果显示带宽偏差为0.43 pm时,会引起1 m/s的风速误差增量。     

钾原子滤光器在太阳高分辨率观测中的应用

太阳高分辨率速度场观测系统可用于探测日震的活动信息,对太阳内部结构的研究具有重要意义。探讨了双峰钾原子滤光器在太阳光球层速度场观测中的应用方法,即利用法拉第反常色散原子滤光器(FADOF)的高光谱分辨率和光谱稳定性等优点,采用双峰钾原子滤光器分辨来自太阳光球层钾线(769.898nm)光谱的多普勒频移,并提出用F-P标准具对透过原子滤光器的双峰信号进行光学选支,从而获得太阳光球层多普勒速度场图像。研制出双透射峰钾原子滤光器原理样机,经测试其谱型与理论谱型符合良好,满足太阳速度场高分辨率观测的需要。将此技术方案扩展到太阳的其他谱线,可实现对太阳大气多层次速度场的同时观测。     

光刻用准分子激光器中心波长在线测量研究

实现了一种准分子激光光刻光源中心波长的实时测 量方法。基于法布里珀罗(F-P)标准具与中阶梯光栅的相关测量 装置,通过对 F-P标准具的干涉条纹和光栅衍射条纹的分析,实现了对光刻光源输出激光中心波长的在 线有效测量。整 个测量装置体积小、成本低,在500～3000Hz 高重频条件下,实现了亚pm量级的测量精度,标准差低于0.1pm,取 得了较好的实验结果。     

反常色散原子滤光器斜入射机理及特性研究

本文首次对反常色散原子滤光器在斜入射(0~π/2)条件下的透过率、带宽和频移等特性进行了理论研究;本文还进行了斜入射的滤光器透射谱实验研究,与理论分析符合较好;这些为原子滤光器在卫星及空间光通信领域的宽视场角接收方案奠定了基础,该方案有利于空间瞄准及捕捉.     

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。     

无线激光通信系统中光纤光栅滤光器的设计

提出了基于光纤Bragg光栅(FBG)的用于无线激光通信系统的滤光方案,采用耦合模理论分析了FBG的传输特性,用龙格-库塔法对光纤光栅进行了计算机数值仿真,设计了工作在850nm波长的超窄带光纤光栅滤光器的参数.仿真结果表明,此滤光器可以达到很窄的带宽(0.03nm)、很高的峰值反射率(接近100%)和光滑、抑制边带的反射谱.     

以间接泵浦为基础的728 nm铯原子滤光器

采用间接泵浦方法研制了铯原子728 nm激发态原子滤光器。当磁场为4 G的时候,该原子滤光器的透射率为0.304%,带宽为30.9 MHz。与用直接泵浦方法实现的原子滤光器相比,用间接泵浦方法实现的原子滤光器能够达到同样的效果。该原子滤光器不仅能用在激光稳频上,将激光器的频率稳定在原子跃迁线上,还可以用在四能级主动光钟上。该方法还适用于不同波长、不同原子的激发态原子滤光器。     

基于体光栅窄带光学滤波的激光雷达收发波长动态匹配技术研究

激光雷达是一种可以精确、快速获取目标三维信息的主动探测技术。然而，激光雷达在白天工作时会受到强烈的太阳背景辐射噪声的影响。此时，一般需要采用窄线宽的激光器与滤波器件配合使用，从而达到背景光抑制的效果。当两者都是极窄线宽时，如果二者中心波长产生失配，即具有一定的误差，那么接收信号的信噪比将会受到显著影响。因此，文中从窄带滤波和接收信号对发射信号的波长跟踪的角度出发，利用体光栅的相关特性设计了激光雷达的可调谐滤波接收器和收发系统光路，实现了激光雷达在窄滤波带宽条件下接收波长对发射波长的跟踪。最后，在实验室实际搭建了整个系统，验证了系统设计的正确性。在固定波长条件下与可调谐波长条件下，跟踪精度均优于2.9 pm，此时，接收信号强度大于中心波长完全匹配条件下的99.97%。     

F-P标准具和参考光栅相结合的高稳定性FBG解调系统

为了提高光纤布喇格光栅（FBG）解调系统的稳定性和准确性,避免由于压电陶瓷的迟滞性、蠕变性以及温度变化引起的法布里-珀罗（F-P）滤波器驱动电压与透射波长不成线性的问题,采用了可调谐环形腔激光器作为扫描光源,与F-P标准具、温补参考光栅、传感光栅3个单独的通道结构相结合的FBG解调方法。通过理论分析和实验验证,选择中值滤波加滑动平均滤波的方法滤除噪声,采用基于强度阈值的频谱相关寻峰算法更加准确地找到反射谱峰值的位置。结果表明,每个通道单独分开的解调方案的波长长期稳定性可达0.4pm,温度与波长的线性度高于99.90%。该系统能够实现对温度、应变等参量的稳定性的测量。     

Single-Longitudinal-Mode Erbium-Doped Fiber Ring Laser Based on High Finesse Fiber Bragg Grating Fabry–PÉrot Etalon

We present a simple and stable single-longitudinal-mode (SLM) erbium-doped fiber laser. It consists of an apodized fiber Bragg grating (FBG) and a high finesse FBG-based Fabry-Perot (FP) etalon in the ring cavity. The apodized FBG acts as a wavelength discriminative component selecting a few oscillation modes while the FP etalon serves as narrow bandwidth bandpass filter to further discriminate and select SLM efficiently. Stable SLM laser output at 1.55 m with linewidth about 2.5 kHz is acquired. Furthermore, continuous wavelength tuning over 8 nm is achieved by simultaneously applying strain to the FBG and the FP etalon.     

Optimization design and realization of Gaussian apodized sample gratings for narrowband wavelength selectivity filters

A sample fiber Bragg grating（SFBG） with Gaussian apodization profile is designed and optimized for the narrowband wavelength filter,and the relevant conclusions provide a guide for the further filter fabrication.With the grating length limited,a narrowband（5 GHz） grating filter used in the radio over fiber（ROF） system is fabricated,which has insertion loss of 3.463 dB,sideband suppression of 24.21dB,3 dB bandwidth of 40 pm,and 20 dB bandwidth of 106.3 pm.     

Variable bandwidth birefringent filter for stable femtosecondlasers

A design for a birefringent filter is described, which is suitable for tunable femtosecond lasers. Using a single plate, which has a steeply diving optic axis, two-octave tunability is attained with negligible deterioration of the stopband rejection. For a specific wavelength region, it means that the filter's bandwidth can be changed by a factor of four. Another characteristic of the design is that, for the same bandwidth, the proposed plate is five times thicker than a conventional plate in which the optic axis is parallel to the surface. Thus, etalon effects can be avoided. Tuning characteristics of color center lasers utilizing the new filter are also presented     

基于F-P温控标准具的高稳定性FBG波长解调系统

光纤布拉格光栅（FBG）的波长随外界温度和压力变化。检测出波长的变化，就可以计算出外界的温度和压力。文章提出了一个基于F-P温控标准具的高稳定性光纤布拉格光栅（FBG）波长解调系统，讨论分析了FBG波长解调系统的原理及高稳定性的原因。在这个系统中，带温控模块的F-P标准具用来进行实时波长校准。F-P标准具的波长数值可查询得到，由线性插值算法可以得出光纤光栅的波长值。温控模块可以保证标准具在0.01℃的范围内变化，因此标准具波长值可以认为是定值。最后通过测量水浴槽中光纤光栅的波长变化测试系统稳定性,并与MOI公司解调仪sm125在稳定性方面做了对比。实验结果表明20 h内系统的长期稳定性可达到0.15 pm,而sm125解调仪是3 pm。     

热光聚合物微环谐振腔滤波器的研究

设计并制备了一种热光聚合物微环谐振腔滤波器。微谐振环采用跑道型结构,通过光束传播法(BPM)对其弯曲半径进行了设计和优化。采用传统的接触式光刻曝光工艺制备了微环谐振腔滤波器并对其进行了光谱测试,实验结果表明,所设计的器件在1 550nm附近的自由光谱范围(FSR)为112pm,消光比约为12.8dB,3dB带宽约为0.026nm,品质因子Q为5.96×104,调制效率是6.13pm/mW;同时测量了器件的响应时间,得到的响应时间约为1.5ms。     

体布拉格光栅光谱滤波器特性研究

高透过率、窄光谱带宽、高抑制比的滤波器件是提升光学系统光谱纯度的核心部件，也是近年来新型光学器件领域研究的热门方向。传统的滤波器件不能够同时满足透过率、光谱带宽以及带外抑制的要求，而文中研究的体光栅作为一种新型的光栅，衍射效率大于90%，光谱带宽在100 pm左右，并且拥有一定的角度滤波特性。依据耦合波理论，理论仿真了各个光栅参数（光栅厚度、折射率调制度、光栅周期、光栅倾角）对光栅衍射效率及光谱带宽的影响，定量地给出了参数影响的大小，为体光栅的设计提供了理论指导。设计了体光栅测试系统，通过实验验证了体光栅的衍射效率、光谱带宽、角度选择性，实验结果与理论较为符合，为体光栅的实际应用提供了实验数据支持。     

Angle-tuned Fabry-Perot etalon filter having Gaussian transmittancecurves

We present an angle-tuned Fabry-Perot etalon filter that has periodic Gaussian transmittance curves down to 40 dB from peak transmissions in spectral domain. This unique property becomes possible introducing an offset to the output-coupling fiber with respect to the incident Gaussian beam. This filter can be used not only as a general-purpose narrow bandwidth filter but also as an optical noise filter for wavelength-division multiplexed channels to eliminate the amplified-spontaneous emission or the back-scattered lights in bidirectional transmissions