波导CO_2激光器电光腔倒空特性研究

对影响射频波导激光器电光腔倒空的激光输出脉冲特性的几个主要参数进行了研究。通过改变加在CdTe电光晶体上高压脉冲的不同上升沿时间 ,以及在不同布氏窗输出反射率等情况下 ,对腔倒空的脉冲宽度及脉冲峰值功率的变化特性进行了理论分析。在一台用于主动激光成像雷达光源的准折叠高重频腔倒空射频波导CO2 激光器上 ,通过改变CdTe电光晶体的工作参数 ,获得了 2 0ns到 30ns(FWHM)可调输出脉宽。

差分吸收激光测污雷达研究

对差分吸收测污雷达(DIAL)系统进行了介绍,阐述了差分吸收测污雷达的基本工作原理,并对系统中主要部件的技术参数进行了模拟计算,对雷达系统各分系统及工作流程作了描述,并对雷达系统进行实物仿真及模拟试验。采用按比例遮挡接收天线和激光透过由塑料袋密封化学物质方法,模拟吸收峰谱线(λOn)的吸收情况,计算出系统侦测到的 CL 值变化情况。实验较充分地验证了差分吸收雷达系统的基本工作原理,取得了差分吸收激光雷达关键技术突破,验证了差分激光雷达在对化学物质进行远程侦测的可行性。

1.55μm全光纤多普勒测风雷达系统与试验

为实现对大气风场三维信息快速、准确的测量,以人眼安全波长1.55μm窄线宽光纤激光器为光源,采用全光纤相干探测光路,研制出多普勒测风雷达系统。该雷达整机结构紧凑、体积小、测量精度高,并在原VAD反演方法的基础上,采用了一种遗传算法与非线性最小二乘相结合的改进算法来实现对风场的反演,使其具有更高的数据失真修正能力,风场反演的速度、精度均得到较大提高。试验结果表明,该雷达能实现5-200m高度范围内的风场测量。并在试验基地与测风塔内,分别就55m及100 m高度处与超声波风速仪进行了试验比对,试验结果显示：该测风雷达的风速测量精度（均方差）达到0.3m/s,风向精度（均方差）≤3°。

激光多普勒双光束横向测速技术研究

为了实现基于CW CO2激光的运动目标横向速度测量,使用双光束方式在室内进行了实验,得到了较清晰的多普勒频移信号,并对信号数据进行了滤波处理,以提高信噪比。计算出了运动目标速度并与实际速度进行了比较。结果表明,测得速度值与实际值相当接近。

机载激光多普勒测风雷达技术及其应用

为了加快发展我国机载测风雷达技术,对机载激光多普勒测风雷达的研究及应用情况进行了介绍,对机载激光多普勒测风雷达的基本工作原理、系统组成、应用方式及领域等进行了分析,并对光纤激光器在机载雷达系统中的应用进行了预测。结果表明,采用全光纤相干结构的机载测风雷达具有测量精度高、结果稳定可靠、响应速度快、系统结构紧凑、环境适应能力强、适合多种工作平台等特点,可广泛应用于各型大型飞机提供下视高度详尽的大气风场气象参量,以保障空投空掷作业的准确性与安全性;另外还可以为飞机飞行提供前方航道大气湍流及横切风的预测,保障飞行安全等。

激光在烟雾中传输特性的数值模拟分析

为了解决激光驾束制导中发动机烟雾对制导激光场信号的衰减问题,采用van de Hulst近似计算方法,模拟研究了烟雾对1.06μm,1.55μm,10.6μm波长的激光在不同复折射率参量下的吸收、散射、衰减效应。结果表明,复折射率不变时,烟雾对长波长激光的吸收衰减较小;烟雾对激光的衰减峰值随着折射率虚部的增大而变小;峰值的位置随着激光波长的增加向粒子半径增大的方向移动。该研究结果对激光驾束制导武器的研制具有较大的参考价值。

应用于区域三维风场测量的船载激光测风雷达

针对区域风场测量在海上风能资源评估、海洋灾害天气防控等方面存在广泛的应用前景,研制了一种船载激光测风雷达,采用全光纤脉冲相干探测原理,结合组合惯导进行风场数据校正,完成三维风场测量。可克服运动中船的姿态、速度等因素对多普勒频移的影响,实时获取航线上更准确的中低空风场信息。通过船载激光测风雷达与地基激光测风雷达三维风场探测对比试验,验证了船载激光测风雷达三维风场测量数据的准确性。在船载试验中,以地基激光测风雷达作为标准器,船载激光测风雷达的风速、风向及垂直气流测量误差分别为0.52 m/s、6.24°和0.34 m/s。

激光测风雷达VAD反演方法的数值优化

为了提高多普勒激光测风雷达反演风场的速度和精度,采用 Newton—Gaussian 最小二乘优化方法对风场反演模型进行数值求解,并对 Newton—Gaussian 法的步长和初值进行讨论和调整,使得此算法的鲁棒性更强,同时也降低了传统速度方位显示反演方法中固有缺陷的影响。将其应用到研制的全光纤多普勒激光测风雷达系统中,实现了对低中空局部风场的反演。结果表明,该算法不但提高了风场反演的速度和精度,而且反演结果更稳定,适合实时计算。

基于差分吸收激光雷达有毒有害气体遥测进展

差分吸收激光雷达具有探测距离远、灵敏度高、响应时间快等特点,可用于大范围大气有毒有害气体的遥感监测,成为近年来大气有毒有害气体激光遥测技术发展的重点。首先阐述了差分吸收激光雷达大气遥测基本原理,其次从激光器应用和系统平台发展两个方面分析了该技术的技术发展现状,最后提出了宽光谱、多波长、新探测体制的激光雷达、多平台应用、复合系统将成为未来基于差分吸收激光雷达有毒有害气体遥测发展方向。

化学气体CO_2差分吸收激光雷达告警技术的研究

为了对大气中化学污染物实时检测,采用差分吸收技术,研制出了CO2激光差分吸收雷达原理样机,介绍了CO2激光差分吸收雷达技术,阐述了差分吸收雷达的基本工作原理,并对激光雷达系统各分系统及工作流程作了描述,对雷达系统的实物仿真及系统联调进行了模拟试验,完成系统的多项功能的实际检测。试验结果表明,激光器光源的光束特性(激光束输出模式及吸收峰和吸收谷支线的光束相互指向稳定性等)对雷达系统的作用距离及侦测误报率及漏报率的影响非常大。

脉宽可控的腔倒空射频波导CO_2激光器

为了得到脉宽可控的腔倒空射频波导CO2激光器,采用了在陶瓷板上直接开波导槽的方法,构成了多通道Z折叠主本振激光器结构,并在主振波导进行CdTe电光晶体腔内调Q。在理论上计算了加载在CdTe上的高压脉冲下降时间的长短对腔倒空激光脉冲宽度的影响,并通过对高压脉冲电源等效负载参数的调整,得到了脉冲宽度可控的高重频腔倒空激光脉冲。在20kHz,40kHz,65kHz及70kHz的重频工作下,得到了半峰全宽约30ns、峰值功率在2kW以上的腔倒空激光脉冲。结果表明,这种新型腔倒空射频波导CO2激光器满足激光外差成像雷达系统参数要求。

基于菲涅耳域光学图像加密系统的解密研究

为了研究菲涅耳域光学图像加密系统的解密过程,提出了一种根据对称图像加密密文恢复原图像的方法。采用密文全息的逆菲涅耳变换重构出频谱强度,用CCD接收后送入计算机,根据离散菲涅耳变换的相关和复卷积的性质,对其系数进行分类和排列,可以恢复出入射光波,即可恢复原图像。并研究了对称偏差对解密图像质量的影响。结果表明,此方法可以通过离散菲涅耳衍射解密出原对称图像。

光源线宽对相干激光测风雷达探测性能的影响分析

使用窄线宽激光源是相干激光测风雷达的特点之一,为研究不同线宽光源对激光测风雷达探测性能的影响,从理论分析了在相干长度内、外时光电流的频谱特性,并使用了三种不同线宽的激光光源进行实际的测风试验。试验表明,当探测距离在相干长度外时,100 kHz光源信号幅度较1 k Hz与10 kHz两种光源下降约30%,且部分频段噪声幅度较大。因此,在设计中近程激光测风雷达,可考虑选用百kHz量级线宽光源,而探测距离数千米甚至更远的中远程激光测风雷达,可考虑选取几十千赫级线宽光源。

基于非视线红外激光大气散射通信技术研究

为了实现非视线激光大气散射通信,根据米氏散射理论,建立了非视线通信链路模型,研究了1.06μm激光的大气散射通信技术,分析了激光接收功率、激光发射功率、激光发散角、接收视场、探测器灵敏度、发射机倾角、接收机倾角、大气衰减和通信距离的关系,并搭建了试验原理系统,进行了1km距离的散射通信试验,获得了激光散射信号。结果表明,在一定的天气条件下,采用波长为1.06μm的红外激光进行信号传输,有望实现远距离的大气散射通信。

改进算法研究1064nm激光大气Mie散射特性

为了研究1064nm激光大气气溶胶粒子的散射特性,利用Mie散射累积相乘算法,对函数迭代式进行简化,减少存储数组,对无穷迭代进行有效截断,减少迭代次数。通过模拟得到单分系和多分系的散射分布特征,得出散射强度主要集中在前向小角度散射的结论,并讨论了散射光的偏振特性,得出散射光存在完全偏振光的结论。结果表明,改进算法具有收敛速度快、精度高的优点。

CO_2差分吸收激光雷达信号处理

针对CO_2差分吸收激光告警雷达系统,研究累加平均和匹配滤波两种算法.将两种方法进行耦合,结合了各自的优点,使得激光雷达在小信噪比下工作,提高了检测距离,计算出较远距离时,化学物质的 CL浓度值.将该方法应用到 CO_2差分吸收激光告警雷达系统中。通过仿真实验,能有效地去掉噪声和强干扰信号,在保持原信号特征的情况下,较准确地提取出有效的弱信号,计算出化学物质的浓度距离,模拟出测量到某种化学物质.

MOPA方式高峰值功率脉冲光纤放大器模拟

为了研究如何从脉冲种子光经放大器后获得能量为毫焦级、纳秒级脉宽的激光脉冲,以及重频、受激喇曼效应对输出激光脉冲的影响,采用基于主振荡动率放大方式建立了3级脉冲双包层掺Yb光纤放大器的瞬态理论模型。在不同重频下对能量为10nJ、脉宽为100ns的脉冲种子光经放大后的脉冲能量、峰值功率、平均功率、脉宽及受激喇曼效应进行了数值模拟。计算数据表明,当重频小于200Hz时输出激光脉冲的能量、波形受重频的影响很小,可以忽略不计,在适当参量下受激喇曼效应对各级放大输出几乎没有影响。结果表明,适当选择3级光纤放大器的各项参量可以实现毫焦级的激光脉冲输出。

陶瓷多通道折叠射频波导稳频脉冲CO-(2)激光器研究

为了研究可用于红外激光外差成像雷达、由腔倒空脉冲工作模式的主振激光器和处于连续工作模式的本振激光器组成的射频波导稳频脉冲 CO_2激光器,采用输出端腔外准折叠和主、本振全反射端共用同一块原刻闪耀光栅的方法,分别缩短了器件的长度和提高了主、本振激光器的外差频率稳定性。通过调节 CdTe 调制器上的高压脉冲下降沿时间,可以使主振得到宽脉冲的腔倒空激光输出,本振通过插入压电陶瓷来实现系统的外差中频信号的偏频锁定。主振在腔倒空模式下工作重频可达到70kHz,得到脉冲峰值功率达到2.5kW(脉宽约为30ns)、主本振外差中频(120MHz)频率漂移在短期内小于1MHz 的结果。结果表明,研制的激光系统可以满足外差成像雷达系统的特殊要求。

低重复频率脉冲掺镱光纤放大器

为了研究低重复频率两级脉冲掺Yb^(3+)光纤放大器,采用脉冲信号驱动的半导体激光器作为种子光源,产生重频100Hz、半峰全宽100ns、能量30nJ的矩形光脉冲。第1级放大采用单模掺Yb^(3+)光纤放大器,双程放大方案有效地抑制了放大自发辐射,放大后的脉冲能量达到了8.2μJ。第2级放大采用纤芯直径15μm的双包层掺Yb^(3+)光纤放大器,大功率多模半导体激光器连续抽运。结果在抽运功率为7.3W时,放大输出脉冲能量达到了242μJ,放大输出半峰全宽压缩为29ns。输出的光束质量较好,为准单模输出。结果表明,该光纤放大器输出脉冲能量高,具有全光纤化、结构简单的特点。

激光云粒子成像探测仪研制

为了研究云粒子微观特性,采用激光成像技术、高斯光束匀化处理技术、高分辨率阵列探测器以及图像抽帧还原算法,研制出激光云粒子成像仪。通过地面模拟测量及实际飞行试验,对仪器性能进行了测试。结果表明,研制仪器可实现对25μm~1550μm云粒子的成像,分辨率为25μm,粒径测量误差小于9.5%;实测的冰晶粒子形态符合云粒子自然分布规律,粒子尺度谱符合指数分布,决定系数在0.58~0.97之间。该研制仪器可为云降水微物理研究提供基础观测数据。