TEA CO_2激光脉冲整形用等离子体开关技术的进展

TEACO2 激光脉冲整形技术是高功率、高重复率、捷变频的TEACO2 激光器研究和用TEACO2 激光产生倍频、高次谐波技术的必不可少的重要技术。等离子体开关是目前应用较广的一种简单可行的激光脉冲整形技术。综述了等离子开关技术的原理和技术的发展过程 ,并对其作了简要分析 ,展望了其广泛的应用前景。

调Q主动锁模Nd:YAG皮秒激光器实验

为了提高锁模脉冲输出质量,利用"调Q+主动锁模"的方式对Nd:YAG固体激光器进行了实验研究。采用Cr4+:YAG晶体、声光调制器作为调Q和主动锁模的元件。为了减小腔内的FP标准效应,镜Nd:YAG棒的端面切割成布儒斯特角。在实验中比较和分析了主动锁模、调Q主动锁模两种情况下Nd∶YAG激光器的输出特性。其中,主动锁模脉冲序列的单脉冲宽度为173 ps,调Q主动锁模的脉冲系列单脉冲宽度为169 ps,两种方式输出波形的锁模深度和锁模几率均在95%以上。对调Q主动锁模脉冲的输出能量进行了测量,结果表明其有较大提高。

体光栅输出被动Cr^(4+):YAG调Q单纵模Nd:YAG激光器研究(英文)

以Cr4+:YAG为饱和吸收体,体布拉格光栅为耦合输出窗,研究了被动调Q闪光灯泵浦Nd:YAG单纵模激光器.通过扭转模腔和体布拉格光栅相结合的方式获得单纵模输出,提高了单纵模输出能量及稳定性.对于不同初始透过率的Cr4+:YAG晶体,得到了单纵模输出能量和脉宽的曲线.单纵模激光最大线宽约为78 MHz.最大单纵模单脉冲输出能量为20.8 mJ,最小的脉宽为13.2 ns,最大峰值功率为1.18 MW.

偏振状态下球形粒子的散射相位函数研究

本文根据散射相位函数的定义,得到了偏振状态下单个粒子散射相位函数的表达式,并且通过研究发现以下规律:1)粒子半径越小,极值差随散射角越趋向于对称分布;2)散射角在0～0.025π以及0.997π～π之间,散射相位函数随极化角基本不变;3)散射角在0.025π～0.997π之间,散射相位函数随极化角变化明显。同时比较了偏振状态下多粒子和单粒子散射相位函数随散射角和极化角的分布。最后从大气中光传输理论出发,建立了非偏振状态与偏振状态下散射相位函数的关系,为大气散射回波功率测量以及近似散射相位函数的研究提供参考。

吸收性海水中气泡光散射特性的理论研究

给出了一种适合于吸收性介质内粒子散射的Mie级数新的表示形式。利用Mie理论研究了吸收性海水中气泡的单散射特性和气泡群的相位函数。与非吸收性海水中气泡的光散射特性相比,分析了海水折射率虚部对气泡光散射的影响。结果表明:180°后向散射的增强是气泡固有的光学性质,与所处介质无关,可以利用后向散射的增强来探测气泡。

小型TEA CO_2激光器的快速调谐技术研究

报道了两种快速调谐技术的研究——— 6面转镜 +固定光栅法和高频步进电机驱动光栅法。实验表明 ,高频步进电机法优于转镜法。实验得到激光器的一级调谐输出谱线 5 0余条 ,激光输出能量 (30～ 10 0 )mJ。在单台CO2 激光器上实现快速调谐输出波长不同的激光脉冲 ,其时间间隔达到≤ 10ms。

主被动调Q-锁模Nd∶YAG激光器的实验研究

对脉冲氙灯泵浦的调Q-锁模Nd：YAG固体激光器进行了实验研究.比较和分析了声光主动锁模、Cr^4＋ ：YAG晶体被动调Q-锁模以及这两种机制联合锁模情况下Nd：YAG激光器的输出特性.在Cr^4＋ ：YAG晶体被动调Q-锁模时得到了深度80%以上的锁模输出,但是锁模不完全,且波形和能量稳定性低,脉宽为1.9～3.6 ns.而主被动联合锁模克服了这一缺点,可获得幅值和能量抖动小于±5%、锁模深度100%、脉宽小于650ps、能量近300mJ的超短脉冲输出.

单片机控制下的TEA CO_2激光器快速调谐系统研究

提出了一种新型的单片机控制下的TEACO2 激光器快速光栅调谐系统 ,介绍了调谐触发系统的设计、红外零位光电传感器的原理、步进电机的控制、控制软件的设计及实验研究。这是一种简单、实用的开环控制系统。

球形粒子Mie散射参量的Matlab改进算法

本文主要讲述了Mie散射物理参量的一种改进数值算法,在抛弃了Mie散射物理参量的经典算法——连分式算法和后向递推算法之后,在现有利用Matlab计算散射参量的基础上,充分利用了Matlab内置命令集和函数集,得出了任意折射率且尺度参数在10-4~104的球形粒子散射参量的准确计算结果。收敛数度比改进后向递推快,相应的程序简单易读且执行时间大为缩短,比现有经典算法所用的递推关系较少,因此在很大程度上避免了递推过程中误差的积累,保证了计算结果的可靠性。

快速调谐小型TEA CO_2激光器的实验研究

报道了可用于 CO2 激光差分吸收雷达光源的一小型快调谐 TEA CO2 激光器。调谐机构由单片机控制的高频步进电机、衍射光栅、触发控制器组成。在谐振腔长 50 0 mm、脉冲重复率 2 0 Hz的 TEA CO2 激光器中 ,实验得到零级输出谱线四十一条 ,一级输出谱线二十条 ,每脉冲输出能量～ 2 0 m

表面电晕预电离与火花预电离之比较

本文报道了表面电晕预电离与火花预电离的比较结果。针式火花预电离源利用热电弧发出强烈的紫外光 ,其发射光谱范围从可见光连续延伸到紫外。表面电晕预电离源 ,通过介质极化发射电子 ,在预电离电路中产生电晕电流 ,其强度决定了发射光子的数量 ,而发射电子的能量分布确定辐射的光谱分布 ,其发射光谱分布不连续。对两种预电离源的放电电压和电流进行测量 ,得到瞬态信息。计算得到火花预电离源中消耗的能量约是表面电晕预电离源的 4 0 0倍。比较分析可知 。

小型折叠腔自由振荡TEA CO_2激光器实验研究

分析了TEA CO2激光器和差分吸收雷达的工作原理,研制了一种新型双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器。详细分析了折叠腔TEA CO2激光器的结构及其设计特点。对影响气体快放电过程的各种因素,如储能电容与峰值电容的比值、工作气压、充放电电感及输入电压的范围等进行了实验研究,确定了充放电谐振回路的最佳参数,实现了双通道的稳定辉光放电。对激光器输出能量与激励电压、混合气体工作气压等参数的关系进行了实验研究,得到最大输出能量约为722mJ。

多普勒雷达系统中声光调制器的频移误差

声光调制器的频移误差影响多普勒雷达系统的速度精确测量值。为了分析多普勒雷达系统中声光调制器的频移误差,利用自外差的方法研究了声光调制器中声场和光频相互作用而产生的固定频移,通过统计的方法研究了在不同(但恒定)声场驱动频率下声光作用产生的频移误差。实验结果表明:该声光调制器在多普勒雷达系统中所产生的频移误差小于0.61MHz,即对于1064nm波长,多普勒速度测量误差小于0.3m/s。对多普勒精确测量系统误差分析研究有一定的参考价值。

Mie理论递推公式计算散射相位函数

在激光雷达探测中,关于多次散射雷达回波的研究,散射相位函数是个非常重要的物理量。本文利用Mie理论的递推公式,对单一粒径介质的散射相位函数进行了计算,计算结果与散射理论中前、后向散射峰值大小随粒子半径的增大而增大相一致。同时,对非单一粒径介质的散射相位函数进行了计算,可用于大气、雾和云等气溶胶多次散射的研究。

利用光谱测量脉冲激光频率的稳定性

多普勒测风激光雷达中脉冲激光频率的稳定性是一个重要参数。使用高分辨率F-P标准具的多光束干涉法来测量脉冲激光频率稳定度。其原理是将脉冲激光的多光束干涉成像到面阵CCD上,通过测量中心干涉环直径的变化来获得脉冲激光的频率稳定性。利用此方法对波长为1.064μm,重复频率为1Hz的被动调QNd:YAG激光器,连续测量20min,获得1200幅图像。通过对这些图像进行移动平均、阈值选定、循环比较、三阶样条插值等数值方法处理,结果表明其长期稳定性优于10-7。

气泡激光散射信号的频域处理方法

提高信噪比是研究气泡激光散射特性的关键。详细地分析了气泡激光散射信号中存在的各种噪声,主要包括背景光,工频电磁场,射频噪声和电子系统内的固有噪声。重点介绍了处理气泡散射信号的两种频域方法——傅里叶变换和功率谱估计。这两种方法都能降低噪声以及消除直流分量和市电的影响,达到检测气泡散射脉冲的目的。谱估计方法物理意义明确,利用Yule-Walker AR(自回归模型)方法估计得到的功率谱曲线具有更好的光滑性和较高的频率分辨率。研究结果表明:Yule-Walker AR谱估计方法是最合理、最有效的气泡散射信号处理方法。

角度调谐直接探测多普勒激光雷达误差分析

角度调谐误差影响多普勒测风激光雷达测量精度.针对角度调谐误差,理论上推导出F-P标准具的透过光强与入射光角度以及其发散角之间的关系式.利用该式仿真计算出入射角、激光束散角、激光线宽和标准具步进角度对测风误差的影响.结果表明,在基于气溶胶散射的直接探测多普勒测风激光雷达系统中,当系统分辨率为2×106时,F-P标准具孔径至少为8 cm;在正入射附近,当激光的发散角<150μrad时,激光入射角每改变10μrad,F-P标准具透射谱中心就会移动1 MHz,即对于1 064 nm波长,测量误差为0.5 m/s.

可调谐TEACO_2激光器技术

近年发展起来的激光差分吸收雷达用于遥测大气污染状况,可获得大气污染物浓度的时空分布,这对了解大气污染的分布实况、寻找主要大气污染来源、防治大气污染等均有很重要的价值。TEA CO2激光器工作在9～11μm的红外波段,大部分大气污染物和化学物质的特征吸收谱都在此波段内。高重复率可调谐的TEA CO2激光器的研制已成为CO2激光差分吸收雷达的关键技术。差分吸收雷达从探测方式上可分为相干探测和直接探测方式,其中直接探测方式又可分为后向地物反射方式和距离分辨方式。早期,由于单台激光器快调谐问题尚未解决,一般都采用多台波长固定的CO2激光器组合使用。随着快速调谐技术的发展,差分吸收雷达系统开始采用单台CO2激光发射器。这就使差分吸收雷达系统更加趋于小型化和实用化。利用符合TEA CO2激光器内多种激光混合气体组分的五温度、六温度模型速率方程理论,详细分析了TEA CO2激光器的动力学过程,确定激光谐振腔初始条件后,计算了激光器的各种输出特性。激光器输出脉冲参数如峰值功率、粒子数反转、光强、激光能量等均为时间的函数,并且随着输入参数(气压、温度、耦合输出镜反射率等)的不同而作相应的变化。根据理论计算结果,设计研制了两台高重频快调谐TEA CO2激光器,分别采用高频步进电机驱动光栅和扫描振镜+光栅的技术方案实现了激光的快调谐输出。设计了小型化高重复率可调谐的TEA CO2激光器,激光谐振腔长55 cm,采用高频步进电机驱动光栅法,预电离方式为表面电晕紫外预电离,实验得到激光器的一级调谐输出谱线50余条,激光脉冲输出能量30～100 J,峰值功率0.3～1 W,谱线分布于9R、9P、10R、10P四个谱区。单片机控制在单台CO2激光器上实现快速调谐输出波长不同的激光脉冲,不同谱线的输出时间间隔约10 ms。采用扫描振镜+光栅的调谐技术,又研制了一种双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器。详细分析了折叠腔TEA CO2激光器的结构及其设计特点,谐振腔长约120 cm,影响气体快放电过程的各种因素,如储能电容与峰值电容的比值、工作气压、充放电电感及输入电压的范围等进行了实验研究,确定了充放电谐振回路的最佳参数,实现了双通道的稳定辉光放电。对激光器输出能量与激励电压、混合气体工作气压等参数的关系进行了实验研究,得到激光器自由振荡最大输出能量约为722 mJ。工控机程序控制扫描振镜+光栅的偏转角度,实现了激光的可调谐输出。激光器脉冲重复频率可达到100 Hz,实验得到一级调谐输出谱线80条。强支谱线如10P(20)、9P(18)支输出能量约400 mJ,弱支谱线如10P(48)、9P(42)支谱线能量约100 mJ。经测量,弱支谱线的远场发散角水平方向和垂直方向均为1.21 mrad,约为2倍衍射极限。实现了任意波长两条谱线在10 ms时间内快速切换输出。

小型化火花预电离TEA CO_2激光器的实验研究

介绍了一种小型化火花预电离高能输出横向激励大气压(TEA)CO2激光器。激光器的主放电电极采取紧凑式Ernst电极,加大了电极间距,增大了激活区体积,从而提高了输出能量。激光器采用火花阵列预电离方式,有利于主放电均匀、稳定。低重复频率下,自由振荡情况下的输出能量可达到2J。使用单片机控制的光栅调谐后,10P(20)谱线多模输出能量可达到1J,10 P(20)谱线输出脉冲宽度为100ns。

CO2激光差分吸收雷达研究进展

目前，大气环境状况已成为全球密切关注的热点问题．采用传统的采样分析方法进行监测，只能了解监测点采样空间的局部大气污染情况，以及采样时间段的平均状况，其时空代表性较差．近年发展起来的激光差分吸收雷达用于遥测大气污染状况，可获得大气污染物浓度的时空分布，这对了解大气污染的分布实况、寻找主要大气污染来源、防治大气污染等均有很重要的价值．