激光空间相干合成效果评价方法的研究

根据目标上实际最大光强与理想合成效果下最大光强的比值定义了合成效果因子,用以评价相干合成效果.在此基础上研究了影响相干合成效果的主要因素,并对合成效果因子的传输特性进行了研究.结果表明:阵列紧密程度对合成效果影响不大,在较小的空间占空比下有可能得到较好的合成效果.影响合成效果的主要因素是随机相位差,当随机相位差增大到一定程度时,光束合成其实已经由相干合成过渡到了非相干合成,得不到预期的相干合成效果;随着传输距离的增大,空间占空比对合成效果因子的影响将进一步减小,影响合成效果的主要因素之一是随机相位差.     

用于激光雷达的相干合成光束研究

提高激光雷达对空间小目标探测能力的重要手段是增大发射到目标上的光强,激光相干合成是在目标上获得较大光强的有效途径.为了评价相干光束在目标上的合成效果,引入了适合空间小目标探测的相干合成效果评价参数(合成效果因子),在此基础上讨论了光束相干合成效果的影响因素.研究表明: 合成效果因子随合成光束束腰间距的增大呈周期振荡变化,振荡幅度逐渐减小;达到理想合成效果需要的光束传输距离随光束间距的增大而增加,这对设计相干合成系统光束束腰间距具有参考意义.同时,还研究了光束的相位控制精度与合成效果之间的关系. 结果表明:当相位控制精度达到π/4时,合成效果可以达到理想效果的80%;当相位控制精度为π/2时,合成效果降为理想效果的50%.研究还表明,激光偏振方向不平行对合成效果的影响不明显. 关键词： 相干合成 激光雷达 合成效果     

粗糙热传导表面下激光介质温度场的计算分析

提出了一种计算温度场的面热源自适应调整算法,该方法通过在研究对象的封闭边界上引入虚拟面热源来求解稳态热传导方程的边值问题。建立了导热联结的具有粗糙表面介质的接触模型,在此基础上建立了随机分布的表面散热边界条件,并用面热源自适应调整算法计算了激光介质的温度场。结果表明,由于实际激光介质散热表面不能完全紧密接触,其温度场呈现一定程度的随机起伏,越靠近边界,随机起伏越明显,介质中心区域随机起伏则不明显;有效热接触面积越小,这种随机起伏越强烈。计算表明热接触面积占50%时,比接触面积占75%时温度场的随机性更明显。     

光纤耦合激光束输出光空间分布及其影响因素分析

通过分析光纤出射端面的光强分布,研究了光纤传输过程中激光二极管出射光束进入光纤时的指向角对出射端面光场分布的影响.提出一种影响光纤输出端光场的新因素,对数值孔径和光纤芯径两个影响因素进行了补充.在光纤传输过程中,将激光二极管出射的光束等效为大量光线,在二极管输出光的位置以及空间分布确定的情况下,使用光线追迹方法依次分析...     

用声光调制器实现的1 W Nd∶YAG单纵模环形激光器

鉴于单向环形腔是目前获得较大功率单纵模激光最有效的方式之一,为使环形腔单向运行,需要在环形腔内插入对正反2个方向的光产生损耗差的光学元件。采用激光二极管泵浦Nd∶YAG晶体,用声光调制器作为光学二极管使环形腔单向运行,实现四镜矩形环形腔单纵模激光器。实验中谐振腔的稳定性由增益介质的热透镜保证,声光调制器给正反2个方向的光提供损耗差,这使得在竞争过程中有较大损耗的光不能运行从而获得单向输出。实验获得了连续功率1 W、光束质量因子M2为1.21 的1.06 m单纵模激光。     

高峰值功率声光调Q厄米-高斯模固体激光器

在离轴泵浦激光器中,离轴热透镜效应会引起激光器出现厄米-高斯（HG）模式的跳模现象,即随着泵浦功率升高,激光器先由单一的HG模式转变为混合模式,进而跳模到相邻的低阶HG模式。这是由离轴泵浦时离轴的热透镜使谐振腔光轴发生偏移,从而使有效的离轴量减小引起的。激光器所处的模式阶数越高,发生跳模对应的泵浦功率越低。实际中可以通过对离轴量增加一个修正量,使激光器重新恢复到跳模前的模式,泵浦功率越高,需要的修正量越大。实验产生了HG_1,0～HG_16,0 16个模式的高峰值功率脉冲光束,在10 kHz重复频率下,HG_1,0光束的脉冲宽度为32 ns,峰值功率为4.1 kW;HG_16,0光束的脉冲宽度为79 ns,峰值功率为0.7 kW。     

粗糙热传导表面下激光介质的热效应

在考虑激光介质与热沉不完全接触导热的情况下,用面热源自适应调整算法计算了激光介质的温度场,研究了其热效应.表面附近相位差存在起伏且深入一定深度使热效应复杂化.随抽运功率的增大,表面附近相位差的起伏增强,而起伏深度变化不明显;接触面积增大,相位差起伏减小,起伏的深度有所减小.抽运功率较小时,热致衍射损耗随抽运功率的增大近似线性增大,高斯光半径越大,增大的斜率越大,当抽运功率增加到一定程度时,热致衍射损耗增大的趋势减缓,半径大的减缓较明显.在抽运光功率变化范围内,半径大的高斯光热致衍射损耗大于半径小的.高斯光半径较小时,接触面积对热致衍射损耗的影响不明显,当高斯光半径较大时,接触面积减小热致衍射损耗增大.     

线性调频激光回馈粒度探测灵敏度提升方法

激光回馈(或激光自混合干涉)技术在位移、距离、速度、振动等传统物理量测量领域具有广泛的研究和应用.近20年来,这项技术在纳米粒度检测中也展示出了巨大的前景,其测量原理是:基于激光束与照射区域每个粒子相互作用的非相干叠加,粒子直径可以通过激光回馈信号功率谱的洛伦兹拟合而求出.激光回馈粒度检测一般使用恒流驱动的半导体激光器,其信号功率谱峰会位于零频附近,只呈现出右侧部分,有些使用固体激光器的粒度传感器通过一对声光调制器进行移频,将功率谱峰搬离零频位置,但是极大地增加了系统的复杂度和费用.本文用线性调制电流驱动半导体激光器,以产生近似线性调频,从而方便地把功率谱峰搬移到任意期望的频谱位置上.此外,适当的光反馈强度下,倾斜的回馈信号条纹会导致功率谱峰产生高次谐波,这些谐波峰的频谱展宽较主峰更为明显,可以有效提高纳米粒子检测的灵敏度.本文所提出的新技术方案通过数值仿真和实验验证,有望应用在低成本、结构紧凑、高灵敏度的激光回馈粒度传感器或相关仪器中.     

多子光束相干发射小目标探测研究

提出了一种多子光束相干发射方案以提高对远距离小目标的探测能力.将激光器发出的光束等功率地分为若干子光束,在空间按一定的排列平行发射.子光束来自同一激光源,具有很好的相干性,将在目标面上产生干涉.计算结果表明:子光束在目标面上产生干涉主峰,理想情况下,其峰值为单光束直接发射光强的N(N为子光束数目)倍,用此主峰照射目标实现探测;目标越小,此方案相对于直接发射的优势越突出.实际中应适当压缩光束发散角,以增大照射到目标上的总功率.发射镜的位置和角度抖动使目标面上光强闪烁且光斑畸变,为获得稳定、且峰值为单光束直接发射光强N倍的干涉主峰,发射镜的位移控制精度需达到0.1λ(λ为光波长),角度控制精度需达到0.2θ(θ为光束发散角).